“Plants vs. Bugs: Penetration Testing of a Smart Flower Pot”

Из интереса я исследовала безопасность умного цветочного горшка и эта статья, как и доклад на Хакерском митапе SPbCTF x Yandex, будет посвящена тому, как это было, и всему тому, что я нашла, используя навыки, которые на первый взгляд отличаются от необходимых для анализа защищённости IoT устройств.




Почему умный цветочный горшок?

К моему большому сожалению, с растениями у меня никогда не клеилось. Мне тяжело ориентироваться в потребностях того, что не даёт моментальный отклик, не выражает свою реакцию на мои действия в наглядном виде, потому всё зелёное, к чему я прикладывала бы руку, – вяло и неизбежно гибло.

Но живые растения – это очень красиво, а потому, чтобы подружиться с ними, я нашла и приобрела умный горшок для растений, который смог бы избавить меня от необходимости развивать навык садоводства с нуля.

 ##~ Исходные данные

С кем работаем?

Основная область моей экспертизы, как специалиста по анализу защищённости, – пентест веб и мобильных приложений, и может показаться, что исследование безопасности IoT устройства (в классическом понимании) – это не совсем про приложения, а скорее про уровни пониже: пайку и извлечение прошивки из железа, обратную разработку, изучение схемы памяти и бинарную эксплуатацию, ...

На момент написания статьи, паять я не умею и сезон PWN от SPbCTF я не отходила, а значит будем работать на близко знакомых мне верхних уровнях.


С чем работаем?

Исследуемый умный цветочный горшок – аппарат, который подключается к Wi-Fi сети и может общаться как по локальной сети, так и с удалёнными серверами.

Более того, на счастье, помимо развитого навыка садоводства, так необходимого мне, у него оказались в наличии и веб, и мобильное приложение.

Так что, несмотря на не самый грозный вид этого умного устройства, практически любой исследователь безопасности смог бы найти в нём что-то подходящее ему по экспертизе.

 ##~ Точки входа

 > Порты

Важно узнать, какие порты открыты на устройстве и что за сервисы их используют, чтобы иметь представление о возможностях взаимодействия с устройством, а также для того, чтобы собрать информацию о частых уязвимостях в этих сервисах.

Результаты сканирования открытых портов и сервисов, запущенных на устройстве, с помощью утилиты nmap:

Исходя из результатов сканирования, открытыми оказались порты: 80, 6668.

На первом порту, 80, запущено веб-приложение, второй же, 6668 – специальный порт для локального управления устройством, который будет рассмотрен более подробно далее.

 > Аппаратная часть

Касаемо того, из чего состоит аппаратная часть умного устройства, важно узнать, что находится снаружи, на поверхности устройства, и что располагается внутри, чтобы более полно ознакомиться с доступной функциональностью и векторами взаимодействия пользователя с устройством.

 > Общение по сети

Доподлинно известно, что устройство в сети и общается по сети: как минимум оно должно отправлять логи и обновлять прошивку, но важно узнать с кем и как оно общается.

 > Приложения

По приложениям: помимо веб-приложения, которое запущено на порту 80, умный горшок должен быть подключен к мобильному приложению стороннего вендора для управления умным домом, а также, как оказалось, дополнительно может быть подключен к консоли разработчика того же вендора для более полного, расширенного взаимодействия с устройством с помощью специального API.

В результате вскрытия корпуса устройства, обнаружилась следующая плата:
Установлен микроконтроллер ESP32, рядом припаяна карта памяти eMMC. Насколько знаю, в более ранних версиях вместо eMMC была установлена microSD карта, которую, в отличие от eMMC, можно было бы считать с помощью самого обычного картридера. Несмотря на существование гайдов по чтению eMMC, большинство из них требуют пайки, как, например, этот гайд через перепайку 3G модема. К сожалению, по причинам, описанным ранее, мне такие варианты не подходят.


Осмотр внутреннего аппаратного содержимого позволил с лёгкостью найти справочную информацию и документацию конкретно для тех технологий, что задействуются в исследуемом устройстве, следовательно, дал представление о характеристиках устройства: архитектуре, устройстве памяти, форматах данных, ...

• ESP32-WROVER-E Datasheet, Espressif Systems
• Xtensa Instruction Set Architecture Summary, Cadence Design Systems

Не менее важно то, что, исходя из наружного устройства, у данного умного цветочного горшка:

• Множество сенсоров: освещённость, влажность воздуха, влажность почвы, температура, ...
• Есть дисплей: на нём отображается статистика по сенсорам и прочая полезная информация
• Есть кнопки: кнопка питания, кнопки “влево” и “вправо” для перелистывания страниц дисплея, кнопка “домой” для возвращения на основную страницу

Для того, чтобы просмотреть трафик и понять, как устройство общается с сервером для отправки логов и обновления прошивки, пришлось подключить к ноутбуку Wi-Fi адаптер и поднять свою беспроводную точку:


Доступен единственный легитимный вариант изменения беспроводной точки доступа, к которой подключено устройство: необходимо несколько раз подряд нажать кнопку питания, подтвердить запуск процесса реконфигурации устройства, после которого оно будет отвязано от мобильного приложения, и тогда пользователь сможет повторно подключить устройство к сети, выбрав другую сеть Wi-Fi.

Если же представить, что я не владелец устройства, а всего лишь гость, который не может просто взять и сменить Wi-Fi сеть, к которой подключено устройство, способом, описанным выше, то на пути к успешному просмотру сетевого трафика от лица атакующего появляется дополнительный шаг: необходимо провести атаку Evil Twin через деаутентификацию умного горшка с помощью aireplay-ng. Атака состоит из отправки пакетов для разъединения устройства от текущей Wi-Fi точки, чтобы он присоединился к другой – к беспроводной точке атакующего, которая имитирует легитимную, чтобы атакующий смог просматривать сетевой трафик.


Запросы действительно шлются при запуске устройства, его работе и обновлении, с использованием протокола HTTPS. В трафике нашёлся хост сервера обновлений, а общение с ним удалось просмотреть подробнее благодаря Man-in-the-Middle атаке, проводимой с помощью инструмента mitmdump:



Из них стало ясно, что устройство в каждом запросе передаёт серверу обновлений некоторые идентификатор ("id") и ключ ("key") в составе заголовка запроса Auth. Этого достаточно, чтобы проводить имперсонацию клиента: подделывать запросы от устройства к серверу и, например, извлекать файлы обновлений, которые не доступны обычному пользователю извне (возвращается ошибка доступа), а предоставляются лишь устройствам, причём именно благодаря такому заголовку, который автоматически подставляется в их запросы к серверу обновлений.


Стоит заметить, что, учитывая то, что устройство общается с сервером обновлений по HTTPS, ранее, при проведении MITM атаки (для просмотра запросов), атакующему должна была помешать проверка сертификата. Но, как оказалось, сертификат у сервера обновлений истёк, а обновления продолжают работать, что намекнуло на непроверку сертификата и потенциальную возможность проведения MITM атаки, которая в итоге оказалась не просто потенциальной, а реальной. Это означает, что, при должном желании, атакующий может провести имперсонацию сервера, чтобы подделывать обновления, загружаемые на устройство.

Веб-приложение, запущенное на порту 80, представляет из себя интерфейс, где пользователь может загружать произвольные картинки, видео и анимации для проигрывания на дисплее устройства:
Каждое действие генерирует запрос к API методу, конечной точке control, в которую передаётся идентификатор – номер действия и соответствующие ему аргументы. Среди действий, например: перечисление, загрузка, удаление и отображение анимаций, выбор режима анимаций, ...

Обобщая, ожидаемое содержимое запросов к конечной точке control можно представить в виде следующей таблицы:

 ##~ Отсутствие аутентификации

Первая проблема – это отсутствие каких-либо встроенных механизмов аутентификации / авторизации;

Устройство не спрашивает пользователя ни о каких паролях и никаким образом не разграничивает доступ к интерфейсу, позволяя любому, кто имеет сетевой доступ, беспрепятственно взаимодействовать с веб-приложением. Даже для локальной сети (не говоря о сценарии с намеренным выводом приложения в Интернет, который рассматривается параллельно), такой подход – это неправильно.

• ДЕФЕЙС
  
  Первый вариант эксплуатации, который приходит в голову, исходя из функциональности, – это, очевидно, дефейс через неавторизованную отправку команд CUSTOM_ANIMATION / CUSTOM_VIDEO.
  
  Условный гость может транслировать провокационный, откровенный или запрещённый контент и навлечь проблемы на владельца устройства, особенно если тот не знает про веб-приложение, а потому не может удалить нежелательные загрузки.



• НАРУШЕНИЯ РАБОТЫ
  
  Второй вариант эксплуатации – нарушение работы устройства:


• Через неавторизованную отправку команд к SET_PROPERTY становится возможным произвольное изменение настроек, что неизбежно приведёт к некорректной работе устройства. Например, атакующий может установить неположительное значение параметра уровня заряда battery, после чего устройство выключится, а на попытки включить его будет отвечать ошибкой LOW BATTERY.


• При флуде запросами: DoS, устройство перестанет отвечать и аварийно перезапустится, сбрасывая некоторые настройки.


• При установке неожиданных для устройства значений параметров: устройство перестанет отвечать и аварийно перезапустится, сбрасывая некоторые настройки.


• При запросе индекса за предполагаемыми пределами массива: можно добиться повреждений памяти и тогда устройство перестанет отвечать (без аварийной перезагрузки), в том числе на попытки принудительной перезагрузки / выключения с помощью кнопок, до момента полной разрядки аккумулятора

 ##~ Сканирование LAN

В списке действий есть действие TCP_CONNECT, которое отвечает за отключение / подключение ("open": <false / true>) устройства к произвольному хосту ("host": "WWW.XXX.YYY.ZZZ") и порту ("port": NNNNN).

Такая функциональность наталкивает на мысли о возможности удалённого исполнения кода и о возможности сканирования локальной сети.

• Фаззинг подключения ни к чему не привёл
• Сканировать локальную сеть из локальной сети – смысла нет *
  (* Учитывая, что веб-приложение доступно только из локальной сети)


• А вот сканировать локальную сеть из Интернета – смысл есть! **
  (** Рассматривая сценарий с выводом приложения в Интернет)

Оказалось, что, отталкиваясь от времени ответа устройства на запрос с командой подключиться ("open": true) к конкретному хосту и порту, можно понять, есть ли в локальной сети запрашиваемый хост и открыт ли у него запрашиваемый порт.

Таким образом, атакующий может провести Time-based скан локальной сети, что определённо несёт угрозу в случае вывода интерфейса в Интернет.

 ##~ Чтение / Запись в память

В списке действий есть действие GET_SNAPSHOT. Результат выполнения команды – вывод "снапшота". Снапшот представляет из себя массив сохранённых значений параметров: уровня заряда батареи, температуры, влажности воздуха, влажности почвы, освещённости, ...

Значения этих параметров можно запрашивать и по отдельности, с помощью метода GET_PROPERTY, с указанием нужного индекса массива ("param": N):


Первая мысль при виде запроса о выводе значения включения массива по произвольному индексу – попробовать запросить индекс вне предполагаемых пределов массива. Стратегия оказалась верной, устройство действительно позволило запросить индекс за пределами массива и вывело некоторое значение. По обе стороны от массива с параметрами оказались целочисленные значения, а также числа с плавающей точкой, которые можно перевести в байты.

Более того, значения этих параметров также можно переписывать с помощью метода SET_PROPERTY с указанием нужного индекса массива ("param": N) и нового значения параметра ("value": N). К сожалению, иногда это приводит к тому, о чём упоминалось ранее, а именно – к нарушению работы устройства. Оно может перестать отвечать, в том числе на принудительные попытки перезапуска или выключения, до момента полной разрядки аккумулятора.


Скрипт для последовательного извлечения значений на языке Python:
Слева продемонстрирована работа чуть видоизменённого скрипта, а справа – шестнадцатеричный дамп файла, получившегося в результате этой работы:

В основном по обе стороны от массива параметров располагаются пустые, "мусорные" данные, но в одном участке памяти оказались любопытные данные, которые не должны попадать в руки к злоумышленникам. Некоторые из этих данных доступны для просмотра легитимным образом лишь через консоль разработчика и предоставляемое через неё расширенное API, для подключения которых требуется пройти особый процесс регистрации.


В дампе памяти можно найти чувствительную информацию, представленную в таблице ниже. Среди неё: несколько идентификаторов устройства, каждый из которых играет свою роль во взаимодействии с устройством, имя и пароль от Wi-Fi сети, к которой подключали устройство, и пару ключей.


Важно отметить, что локальный ключ (LOCAL KEY), в паре с одним из идентификаторов (идентификатор DEVICE), может быть использован для отправки запросов к устройству через TuyAPI – API управления устройствами от стороннего вендора.

Открытый на устройстве порт 6668 оказался портом для управления устройством в LAN через TuyAPI. Это расширенное API для разработчиков, для взаимодействия с которым нужны украденные идентификатор устройства (идентификатор DEVICE) и локальный ключ (LOCAL KEY).

Для удобного взаимодействия с TuyAPI существует NodeJS библиотека с шаблонами скриптов.


Пример скрипта для взаимодействия с исследуемым умным устройством через TuyAPI с помощью соответствующей NodeJS библиотеки:
Расширенное API для умного цветочного горшка включает в себя примерно 50 кодов команд и позволяет управлять увеличенным спектром настроек: обновлять прошивку, менять язык, устанавливать время режима "сна", корректировать историю статистики по параметрам, ...


Среди всех, наиболее многообещающей выглядела команда SYSTEM_COMMANDS (118). В действительности она не позволяет выполнять системные команды, как кажется из названия, но зато она отвечает за эмуляцию нажатия кнопок: становится возможным удалённое нажатие любой кнопки умного горшка, от возвращения домой до запуска обновления и управления питанием.



Не менее интересной оказалась команда VERSION_INFORMATION (107). Она должна отвечать за обновление информации о текущей версии прошивки, установленной на устройстве, но, из-за уязвимости к Mass Assignment, атакующий может указать в запросе и некоторые другие параметры, связанные с информацией об устройстве. Таким образом, проэксплуатировав уязвимость, атакующей может успешно подменить неизменяемые параметры: например, IP адрес устройства.


В целом, такая смена IP адреса не мешает корректной работе самого устройства. Но значение IP адреса указывается в мобильном приложении, на страницах с информацией об устройстве и на странице с ссылками на веб-интерфейс анимаций. На последней – адрес подставляется внутрь кнопки для перехода к управлению анимациями, на которую пользователю предлагает нажать само приложение, предупреждая его, что будет выполнен переход в браузер, а также внутрь текста, который призван наглядно показать ссылку – путь, по которому располагается веб-приложение.

Атакующий может подменить значение IP адреса, а значит и ссылку внутри кнопки и внутри текста, на произвольную. В случае необходимости передать путь, отличный от /custom-anim, который автоматически добавляется приложением в конец ссылки на веб-приложение, атакующий может дополнить свою ссылку параметром запроса, например, добавив ?x=, тем самым принудительно помещая /custom-anim внутрь параметра x.

Ссылка атакующего сохранится в мобильном приложении до сброса настроек устройства (сброс настроек может произойти, например, вследствие аварийного перезапуска). Пользователь мобильного приложения, желая воспользоваться веб-интерфейсом для управления анимациями, попадёт на ресурс, указанный атакуемым, и с высокой вероятностью поверит в легитимность этого ресурса, ведь его туда пригласило официальное приложение умного дома, предварительно продемонстрировав конкретную ссылку, на которой тот окажется. Последствия эксплуатации уязвимости совпадают с классическими последствиями эксплуатации Open Redirect.

Так может выглядеть один из результатов эксплуатации – перенаправление атакуемого на фишинговый ресурс, который подконтролен атакующему и содержит "вредоносный" экземпляр reCAPTCHA: