针对一次性验证码短信的安全性研究(上)

作者:内容转载 时间:2021-06-16 点击数:

包含一次性密码(OTP,One-Time Password)的短信消息(SMS)是在移动App中执行身份验证的一种广泛使用的机制。实际上,许多流行的App都将通过SMS接收的OTP作为唯一的身份验证因素,完全取代了基于密码的身份验证方案。尽管SMS-OTP身份验证机制为终端用户提供了极大的便利,但是它们也具有重大的安全隐患。在本文中研究了基于SMS-OTP的移动App的身份验证方案,尤其是对本地攻击(Local Attack)所构成的威胁进行了系统的研究,在这种情况下,攻击者可以控制受害者设备上非特权的第三方App。

0x01 Introduction

SMS消息(也称为“文本消息”)被广泛用于双因素身份验证机制(2FA,Two-Factor Authentication)。在这些情况下,除用户名和密码外,还要求用户提供通过SMS接收到的Token。此外,在移动App领域,SMS也已开始用作单因素一次性密码(简称1FA OTP)。在这些情况下,要求用户证明所有权或他们自己的电话号码,这是主要的用户标识符:“拥有电话号码”等同于“拥有用户帐户”。通过首先询问用户的电话号码,然后向该号码发送验证码来实现此机制。最后,要求用户插入接收到的验证码,或者App自动从传入的SMS中读取验证码,这时App可以将验证码发送回App的后端。此过程证明了特定电话号码(和相应的SIM卡)的所有权。注意到该协议如何有效地将SMS通道用作验证用户帐户的唯一因素。

不幸的是,由于已多次证明SMS通信通道不安全,因此该机制也带来了重大的安全隐患。攻击者已经多次能够锁定电话网络,并将OTP消息成功重定向到其它的接收者。最突出的例子是SIM交换攻击(SIM-swapping),攻击者可以诱使电话公司获取与受害者电话号码相关的SIM卡。此问题的另一个实例是利用SS7网络(电信公司内部用于路由呼叫和SMS消息的网络)。而且,众所周知,州级攻击者可以通过干扰本地电信公司来拦截SMS OTP消息。最近一项研究显示,许多Android应用程序不安全地实现了在其身份验证协议中使用的SMS OTP的生成和验证。例如,某些App生成的SMS OTP的随机性或长度不足。

针对SMS OTP身份验证方案的本地攻击:尽管先前的工作集中于利用SMS通道本身中的漏洞,但在本文中,集中于针对SMS OTP消息的另一类攻击,将其称为本地攻击。对于本地攻击,本文指出了一种威胁模型,其中攻击者可以控制在受害者设备上安装的恶意第三方App。然后,恶意App的目标是窃取通过SMS发送的身份验证码。这些攻击对于使用上述1FA OTP身份验证机制的App来说是毁灭性的,因为它们允许获取用于身份验证用户的唯一因素。此外,由于它们允许获得两个因素之一,因此它们也削弱了传统的基于SMS的2FA解决方案的安全性。

OS更新以支持SMS OTP自动认证:为了向更安全的SMS OTP验证方式迈进,Android和iOS均采用了保护机制,以防止未经授权的App读取SMS OTP消息。例如,iOS不允许任何第三方App读取或访问SMS消息。另一方面,在Android设备中,第三方App可以请求读取已接收SMS消息(包括可能包含OTP的消息)的权限。但是,从2019年1月开始,已经设置了限制,以限制与SMS相关的权限的使用。

阻止App随意读取SMS消息可提高基于SMS的身份验证方案的安全性,因为它阻止了自动利用(即,无需用户参与)。但是,这也会影响整体用户体验,因为可能要求用户在请求它们的合法App中逐个字符地手动键入这些OTP消息。因此,iOS和Android引入了处理OTP消息的新机制,旨在同时提供更多的安全保证和更好的用户体验。

尽管这些机制作为SMS OTP身份验证的未来主流更加可行和有希望,但在了解这些机制是否确实安全方面做得很少,这对于SMS OTP身份验证是最关键的事情。不幸的是,正如将在本文中展示的那样,这些新机制在使用它们的移动App中引入了一系列新的弱点和漏洞。本文的发现是重要且令人担忧的,尤其是因为这些最新的保护OTP的安全机制是专门设计用来保护免受本地攻击者威胁的模型的。

0x02 Threat Model and 1FA SMS Schemes

在本节中,首先讨论研究中考虑的威胁模型和假设,然后概述许多流行App采用的基于1FA OTP SMS的身份验证方案,以及本地攻击者如何利用它们的漏洞。

A.威胁模型

攻击者模型和能力:本文着重于本地攻击。这些攻击由攻击者控制,该攻击者控制了受害者移动设备上安装的恶意App。注意到,这是移动安全领域中常见的威胁模型,与先前的工作保持一致。实际上,不幸的是,对于攻击者而言,将恶意功能包含在一个看似良性和有用的App中,然后通过App市场进行分发,是可行和实用的。

还假设恶意App可以通过Internet进行通信,以将SMS OTP消息(或其包含的验证码)发送给攻击者。在Android中,这需要Internet权限。请注意,此权限并不是可疑的,因为绝大多数移动App都要求此权限(例如,最近的一份报告显示Google Play商店中有83%的App需要此权限)。另外,由于联网许可被认为是“正常”的,因此获取它不需要任何用户交互,并且它也没有在允许用户授予/撤消许可的菜单中列出。

为了触发将SMS OTP消息传送到受害者的设备,还假定攻击者知道受害者的电话号码。这个假设与以前的工作中进行的类似攻击是一致的。攻击者可以通过多种方式获取受害者的电话号码。例如,许多消息传递App都使用电话号码作为主要用户标识符。在这些App中,让受害者为“朋友”会自动显示其电话号码。此外,在Android中,恶意App可能会使用Android API getLine1Number( )来获取电话号码(需要READ PHONE STATE权限)。此外,安装在受害者手机上的恶意App可能会显示外观合法的用户界面,并要求提供电话号码以进行身份验证。

尽管上述威胁模型和假设在整篇文章中都是有效的,但将要提出的某些攻击受到不同的约束。特别是将要进行的某些攻击更加困难且不太可能进行,因为例如,它们需要与受害者进行特定的交互,或者需要特定的许可。相反,可以完全自动化的方式进行其他操作)。在讨论每种类型的攻击时,都会精确地指定其他假设。

OS完整性假设:在整个本文中,做出一些其他假设。这些假设在讨论攻击的相关性时很重要(例如,如果其中一些假设不成立,则某些攻击是微不足道的),并且在讨论提出的防御机制的可靠性时,这些假设也很重要。在本文中,假设Android操作系统(包括内核和各种系统组件(例如Android系统服务))没有受到损害。因此,假设App隔离和权限已正确实施。在文中还假设操作系统和App可以建立安全的进程间通信(IPC)通道,并且通过使用专用API(例如,绑定到系统服务,pending intents),App可以安全地与系统服务进行通信,同时,系统服务可以知道与之通信的App的身份。

先前的工作表明,操作系统和App可能容易受到多种攻击,例如广播注入和广播接收器劫持,组件劫持漏洞以及组件泄漏和服务劫持。这些是经过精心研究的漏洞类别,假设App受到了保护。最后,考虑基于范围的基于UI的攻击,这些攻击试图暗中劫持用户交互,例如活动劫持或基于可访问性的攻击。现代的Android版本启用了多种保护机制来防止这些攻击。例如,如果存在任何重叠,用户现在会看到警告,并且恶意App不再知道用户正在与之交互的App。

B.基于SMS的单因素身份验证方案

流行的信息传递App使用的一种常见模式是用电话号码识别用户,该用户应该拥有相应的SIM卡。这旨在替换更传统的用户名。在这种情况下,SMS OTP消息用于证明特定电话号码的所有权。如今,这样的自动加密方案已被许多流行的App广泛采用。具体来说,在2020年5月进行的一项初步研究中,检查了Google Play通信类别中排名前100的流行App,发现有24个App确实使用SMS OTP消息作为唯一的身份验证因素。

上图显示了SMS OTP身份验证过程的多个步骤。可以看出,在这种情况下,客户端(合法App)首先将电话号码发送到App的后端服务器(步骤1)。然后,App的后端服务器会生成一条OTP码,并使用SMS消息将其发送到请求进行身份验证的电话(步骤2)。之后,合法App在移动设备端获取SMS(步骤3),提取OTP码,然后通过网络连接将其发送回App服务器(步骤4)。最后,该App的后端服务器通过将接收到的OTP码与之前的OTP码进行比较来进行验证,并通过SMS将其发送出去(步骤5)。验证通过后,后端服务器将发送自己使用的Token,以认证与移动App的后续交互,以进行进一步的通信。

在此过程中,需要确保具有不同的属性以确保安全的验证方案。例如,在步骤2中,生成的OTP需要具有足够的熵才能抵抗对手的暴力攻击。同样,在步骤5中,需要将生成的OTP与App提供的OTP进行比较。这些安全属性之前已经过研究和讨论,并发现在某些App的实现中遭到了侵犯。

具体来说,AUTH-EYE表明,在许多情况下,SMS OTP生成不正确(例如,OTP随机性不足或OTP长度不足),或者OTP码验证不正确(例如,允许的重试次数过多或续订间隔太长)。本文的工作是对AUTH-EYE的补充。实际上,在本文工作中,假设OTP生成和OTP验证已正确实现,相反,专注于SMS OTP如何传递到App并从中读取信息。特别是,将重点放在身份验证过程中使用的OTP机密性方面的潜在弱点。更具体地说,在第3步中,至关重要的是只有合法的App才能读取由该App后端发送的OTP消息,而不是该设备上托管的其他App。

C.端到端攻击方案的示例

如果攻击者控制的恶意App能够获得针对另一个App的OTP,则攻击者可以轻松绕过基于SMS的单因素身份验证方案。特别是,控制受害者手机上恶意App的攻击者可以通过以下三个步骤来实现此恶意目标:

1)攻击者使用受害者App的后端启动身份验证,将受害者的后端指定为电话号码;

2)攻击者使用恶意App窃取受害设备通过短信接收的OTP,然后通过恶意App将OTP发送出去(例如,发送到攻击者控制的设备);

3)当要求在第一步中启动的身份验证过程中插入OTP时,攻击者使用被盗的OTP与App的后端一起完成身份验证过程,实际上是在冒充受害者。

本文的重点是解释攻击者如何恶意获取SMS OTP消息,即上面列表中的第二步。其他两个步骤虽然对于每个受害者的App都略有不同,但可以使用例如由攻击者控制的设备轻松地执行(甚至可能完全自动化)。所呈现的不同攻击可能会在SMS OTP发送到受害者设备的时间与攻击者将OTP发送到App的后端服务器的时间之间造成延迟。尽管正确实施的基于SMS的单因素身份验证方案应为OTP设置最大有效时间,但该值通常在几分钟左右,而本文的攻击所引入的延迟则在几秒左右。

0x03 Legitimate Methods To Access SMS OTP Messages

在本节中列举了Android和iOS上App可用来访问收到的SMS OTP消息的不同方法。稍后,将描述不同的方法如何受到不同的攻击。

在本文中,考虑了分别在Android和iOS版本10和12中可用的功能。虽然对于iOS,用于SMS OTP消息的可用方法非常有限,但是Android提供了许多不同的方法,并由不同的API提供支持,有时会有细微的或文献记载不充分的差异。本节(针对两种OS)详细讨论了这些方法,并根据用户要求的交互类型(如果有)分为三个部分:需要按消息用户交互的方法,需要与SMS相关的权限的方法,以及不需要用户交互的全自动方法。

A.与用户互动的访问

App可能会要求用户将收到的短信中的OTP码手动复制(即逐个字符插入)到App的用户界面。此方法不需要任何特定的App许可,也不需要使用任何特定的API。但是,这种类型的用户交互容易受到“phishing attacks”的影响,在这种情况下,用户可能会被诱骗将刚刚接收到的OTP插入前台的App中,这可能是恶意的。此外,此过程涉及一些费力的用户交互,从而在App身份验证过程中引入了“friction”。

因此,为了增强用户体验,Android和iOS的现代版本均提供了更友好的SMS STP验证界面。具体来说,在Android(从其默认消息传递App版本3.3+开始)和iOS(从iOS 12开始)中,系统均提供“ask-to-copy”功能,该功能可以自动解析每条传入的SMS消息以查看是否它们包含OTP令牌。如上图(a)所示,对于Android,一旦从收到的SMS消息中识别出了OTP码,系统就会在系统键盘上显示一个“copy”选项,该选项会自动将OTP复制到设备的剪贴板中。这使用户可以将OTP粘贴到当前等待的App中。同样,对于iOS(上图(b)),解析后的OTP码将在输入键盘中列出。一旦用户单击它,OTP码将自动填充到App的当前输入字段中。这两个功能使用户不再需要在等待OTP的SMS收件箱和App之间进行切换,从而简化了身份验证过程。注意到,在iOS中,“ask-to-copy”功能是可用于增强SMS OTP输入的唯一选项。例如,iOS不向第三方App提供任何机制来读取存储在SMS收件箱中的消息。

一键式短信验证:Android还提供了另一种方法,称为用于SMS OTP身份验证的一键式(One-Tap)SMS。与前面提到的方法相比,一键式SMS提供了更多的用户提示,并消除了复制粘贴交互。具体来说,如上图(c)所示,此机制将弹出窗口显示为用户同意的形式,以将给定的OTP码直接填充到特定App中。如果用户允许该App访问并解析包含OTP码的传入消息,则该码将直接传递给该App。但是,这种方法需要开发人员(而不是Android操作系统)进行更多的App侧实现。重要的是要注意,它不同于“ask-to-copy”机制;一键式机制向用户显示App名称,消息将被复制到该App中(比较图(a)和图(c))。此设计可能有助于防止网络钓鱼攻击,但它不能从根本上解决问题。

B.通过请求SMS权限进行访问

在Android中,App可以请求与SMS相关的权限,以编程方式访问SMS收件箱。这两个相关的权限是READ_SMS和RECEIVE_SMS:第一个权限允许App随时读取SMS收件箱,而第二个权限则允许App仅在将“新”传入消息保存到收件箱之前读取它们。

这两种权限都为App提供了敏感的(在安全性和隐私性方面)功能,因为它们允许App读取任意SMS消息,即使这些消息与App功能无关。因此,Android OS将这些权限归类为Dangerous(从Android 6开始),并且在运行时需要一次性用户许可(如下图所示)。

附加限制:考虑到这些权限与安全性的关系,从2019年1月开始,Google对上传到Play商店的任何要求与SMS相关的权限的App都引入了附加限制。第一个限制是这些权限只能由设计为“ SMS handler”的App请求,即替换默认的SMS处理程序App。旨在成为“ SMS handler”的App必须遵循其他政策:

•该App必须适合作为SMS处理程序App(例如,它需要允许用户阅读收到的短信,发送新短信等);

•该App必须在首次使用时询问用户是否要将当前的默认SMS应用程序更改为该App。

为了实施这些限制,市场对需要这些权限的每个App进行人工人工协助验证。不幸的是,即使有这些限制,仍将证明开发人员仍然可以设法将其恶意App发布到Google Play商店。此外研究还表明,用户并不了解授予向App读取SMS消息的权限所带来的安全隐患。

C.通过现代SMS API进行全自动访问

为了进一步改善App的用户体验,Android引入了三种不同的API,以完全自动化的方式支持SMS OTP身份验证,而无需任何许可和用户交互。在本文的其余部分,将这些API统称为“Modern SMS API”。

关键设计和优势:这些现代SMS API的总体思想是要求App服务器发送带有附加可识别字符串(例如,从加密签名中获得的Hash值)的身份验证SMS消息,该字符串将指示OTP码的预期接收者。可识别的字符串允许OS仅将SMS消息传递给预期的目标App,而不传递给其他目标App。这些机制以自动化方式而不是用户干预(即,要求用户手动输入OTP码)简化上述过程的步骤3。此外,这些机制的设计不需要App要求任何Android许可。这些好处进一步鼓励了App开发人员采用这些方法来实施SMS OTP 1FA,因为App不再由于需要权限而受到限制和限制,也不需要用户交互来复制接收到的消息内容。在这里,介绍了这三种不同的API的详细信息。为简单起见,将分别使用SMS Retriever,SMS Token和SMS Token +来引用这些API。下表总结了这三个API的详细信息。

注意到,术语“ API”不是指特定的Java方法,而是指Android框架提供的特定身份验证功能(其用法可能需要调用多个方法)。当引用特定的Java方法(例如,startSMSRetriever( ))时,将改用“方法”一词。

SMS Retriever:SMS Retriever API使用Hash码(例如FA+9qCX9VSu)来指定应将SMS OTP交付给哪个App。此App特定的Hash码是从App的签名证书及其程序包名称开始计算的。具体来说,它是使用以下公式计算的:

其中concat表示字符串连接,而truncate(string,X)表示X个字符后的字符串截断。

Android中的签名证书嵌入在App的程序包文件中,并且与开发人员用于签名App的私钥相关联。程序包名称是一个字符串,用于唯一标识移动设备和Google Play商店上的App(即,同一设备上或Google Play商店中的两个App不能具有相同的程序包名称)。由于开发人员应该安全地持有私钥,因此攻击者无法使用相同的App证书创建有效的签名APK。反过来,这应意味着攻击者无法轻易创建恶意App,从而使其Hash码与良性App的Hash码发生冲突(由于SHA256的弱抗碰撞性)。

如上图所示,在App调用方法startSmsRetriever( )并注册了SmsRetriever.SMS_RETRIEVED_ACTION Android侦听器(步骤0)之后,包含该App特定Hash码的后续文本消息将自动路由到该App。换句话说,App不需要任何Android权限即可读取包含其自己的Hash码的消息。因此,当App使用SMS Retriever API时,在步骤2中,服务器发送一条消息,其中包含OTP码和Hash码。

SMS Token:SMS Retriever的限制之一是仅在Google Play服务可用时才支持它。此限制使某些情况下的某些Android设备(例如中国的未安装Google Play服务的Android设备)不可行。因此,从2017年8月开始,Google提供了一个新API来实现自动SMS OTP身份验证,所有具有Android 8或更高版本的设备都可以使用该API。在本文中,将此API称为SMS Token。

SMS Token的预期用法类似于SMS Retriever。但是,SMS Token在生成特定于App的Token的方式方面有所不同,当该Token包含在SMS中时,会导致操作系统将其重定向到预期的App。具体来说,如上图所示,虽然SMS Retriever使用固定的,特定于App的Hash码,但每次调用cre ateAppSpecificSmsToken( )方法时,SMS Token API都会生成一个随机Token(步骤0)。该Token应该从电话发送到后端服务器(在步骤1中)。此外,基于SMS消息中包含的Token,将SMS OTP消息传递到合法App。例如,如果App程序A获得了随机令牌Eqhn SOxhzw作为createAppSpecificSmsToken( )方法调用的返回值,则随后收到的包含文本Eqhn SOxhzw的SMS消息将被传递到App程序A。

SMS Token+:Android 10引入了另一个与SMS相关的API,可通过使用createAppSpecificSmsTokenWithPack ageInfo( )方法来调用,简称为SMS Token+。此API会生成另一种Token,用于自动SMS身份验证。根据开发人员指南中的API描述,可能会认为此API与SMS Token API的工作方式非常相似。

实际上,根据文档,唯一的区别是,此新API允许开发人员为SMS过滤提供附加的前缀列表。仅以这些指定前缀之一开头的SMS会被传递到呼叫App。

读者可能会注意到指定前缀的可能性如何不会影响此API的安全性。因此,人们会认为此API与先前的SMS Token一样安全(或不安全)。令人惊讶的是,事实并非如此:虽然这两个API似乎以相同的方式工作,并且它们具有非常相似的文档(唯一声明的区别在于能够基于前缀进行过滤),但这两个API在内部以非常不同的方式实现。更加有趣的是,分析发现SMS Token+仍然容易受到攻击。

0x04 How To Maliciously Obtain SMS OTPS

如前一节所述,在现代平台中,App可以通过多种方式读取用于身份验证的SMS OTP消息(前文步骤3)。不幸的是,正如在以下各节中详细解释的那样,所有这些方法都包含潜在的陷阱。即使对于旨在使访问SMS OTP更加安全的那些方法,也是如此。具体地说,展示了新引入的简化SMS消息中的OTP复制和粘贴机制,因为它们仍然容易受到欺骗攻击,因此并不能提高总体安全性。

然后,用户可能愿意将READ_SMS权限授予恶意App。结果是对以前关于用户如何(误)理解权限的研究的补充。实际上,研究表明,对于READ_SMS权限的特定情况,大多数用户对它的工作方式都有一般的了解,但是他们不知道能够读取SMS的App也可能会损害其他App的帐户。

最后,将展示为在Android中自动读取SMS OTP消息而引入的新API容易出错,或者本质上是不安全的。因此,许多使用这些API的App很容易受到攻击。此外,攻击这些易受攻击的App可以自动完成,而无需任何用户交互。实

0x05 Getting SMS OTPS By Deceiving Users

在本节中,详细介绍了攻击者可以欺骗用户并通过没有任何SMS相关权限的恶意安装的App获取SMS OTP消息的攻击。与以前的网络钓鱼攻击不同,在此网络钓鱼攻击中,恶意App模仿了真实的UI并窃取用户输入,在这里,着重于了解新引入的基于用户交互的机制(例如,一键式机制)会影响UI欺骗攻击的功效。具体来说,首先详细说明攻击情形及其根本原因。然后进行用户研究,以客观地衡量此类基于用户交互的SMS OTP身份验证机制的潜在弱点。

A.假设

本节中提出的攻击假设攻击者能够欺骗用户。为了欺骗用户,攻击者控制了一个恶意App,该App在看似合法的情况下(例如,在SMS OTP 1FA情况下注册新帐户时)请求SMS OTP消息。请注意,如前所述,此攻击与利用OS级漏洞(例如,任务劫持或活动劫持)的其他UI欺骗攻击正交。具体来说,攻击者首先要求用户提供他们的电话号码,这通常是在首次使用SMS OTP与App进行交互时发生的。然后,攻击者通过联系合法App的后端服务器,并指定受害者刚插入的一个作为电话号码,远程请求用户合法帐户(例如,Facebook)的SMS OTP消息。此时,受害者将收到包含合法帐户的OTP的SMS消息,并且由攻击者控制的App将尝试欺骗用户将接收到的OTP插入其中。请注意,由于受害者在插入电话号码后将仅收到一条消息,因此受害者无法通过消息的时间来区分攻击。由于传入消息完全符合用户收到SMS OTP消息的期望,因此受害用户可能会在网络钓鱼App中输入OTP码。合法App后端发送的SMS可能没有明确指出其所针对的App名称的事实,从而使这种欺骗攻击更加严重。

B.了解用户对欺骗攻击的反应

先前的研究已经探索了这种类型的攻击,并根据经验表明,用户很可能会受到他们的吸引。但是,没有人研究过新引入的缓解OTP复制和粘贴用户交互的机制是否可以缓解这种威胁。

因此在本节中,评估了这些新机制在缓解此攻击方面的影响。为此进行了一项用户研究,以测量在不同情况下(包括使用这些新引入的OTP码插入机制的情况)这些欺骗性攻击的有效性。

用户研究设计:为了进行用户研究,获得了机构的IRB批准,并且使用了通过mTurk (一种流行的任务招聘平台)招募的受试者,并成功地将其用于类似的与安全相关的用户研究。通过使用专用的mTurk功能,该功能能够了解不同操作系统的用户体验,选择了熟悉iOS的用户来测试特定于iOS的方案,以及选择熟悉Android的用户来针对Android的特定方案。在评估过程中,删除了那些未完成指定任务或未正确回答验证问题的主题。

要求参加者使用其浏览器访问交互式环境以进行可用性研究,以模拟Android手机或iOS手机。通过使用名为Marvel App的App原型在线工具实现了这种交互式环境。此交互式环境用于模拟网络钓鱼情况,在这种情况下,要求用户在恶意App中注册新帐户。注册过程要求用户输入在SMS消息中收到的OTP。在此过程中,恶意App使用用户的电话号码从另一个帐户(在测试中为流行的通信App程序Telegram)请求OTP消息。在此模拟环境中,参与者可以通过单击OS提供的复制按钮来输入OTP,也可以通过屏幕键盘手动键入OTP。下图介绍了这些方案的详细信息。

将主题分为四类:Android-Manual,Android-One-Tap,iOS-Manual和iOS-Autofill。两个“手册”组中的对象必须专门使用系统键盘来插入OTP。 Android-One-Tap和iOS-Autofill组中的主题分别在Android和iOS中提供了两种用于SMS OTP身份验证的新机制。一旦对象的帐户将OTP码插入恶意App,便认为它们已被盗用。

结果和发现:如上表所示,研究首先确认在不同情况下,在恶意App中插入OTP的主体百分比很高,介于45%至71%之间。更重要的是研究表明,在手动输入和新机制(即Android One-Tap和iOS-Autofill)之间,逃脱攻击的对象所占的百分比没有显着变化。因此得出结论,所有需要用户交互才能获得OTP的当前可用方法,包括新引入的方法,都极易受到欺骗攻击。

作为更具体的示例,请考虑使用Android One-Tap SMS机制。当用户将要插入OTP码时,此机制的界面清楚地显示了App名称。在模拟中,将此名称设置为“ FunnyChat”,而不是“ Telegram”。换句话说,出现在“一键式”界面中的名称就是试图窃取OTP的恶意App的名称。但是,根据用户研究结果,此附加指示仍不能阻止用户将OTP插入恶意App。

此外,还有另一个问题使该机制更容易受到欺骗攻击。具体来说,尽管One-Tap API清楚地向用户显示了要在其中插入文本消息的App的名称,但是验证了恶意App可以任意将其自身命名为目标App,因此在请求目标App的OTP码时很难检测到自身。实际上,能够创建一个在其One-Tap界面上显示名称为“ Telegram”的App,并将其发布在Google Play商店中。总而言之,得出的结论是,在将OTP插入恶意App时,很容易欺骗用户,而新引入的机制(即“询问复制”和“一键式”机制)并不能提高用户的检测能力。这些欺骗性的攻击。


0x06 Bypassing OS Permissions and Market Restrictions To Access SMS Messages

对于攻击者而言,在Android中窃取SMS OTP的最直接方法是拥有读取/拦截发送到设备的所有传入SMS的权限。此攻击场景已广为人知,并由先前的研究进行了讨论,现代OS已采用额外的限制作为对策。具体来说,对于攻击者而言,获得此权限既受操作系统级别的限制(这意味着用户必须向App明确授予此权限),也受到市场级别的限制(这要求对请求此权限的App进行额外审查)。但是,在本节的其余部分,将说明由于各种相关的设计漏洞,如何以及在何种条件下仍然可以绕开这些限制。

A.绕过OS级别的限制

利用用户对SMS权限的误解。在Android中,读取SMS的权限被归类为“Dangerous”。因此,想要获取它的App必须显示一个特定的系统管理对话框,用户必须在该对话框上按下“ ALLOW”按钮。

先前的研究表明,由于对技术细节缺乏了解,某些用户将完全忽略有关权限使用的警告,或者无法理解不同权限的含义。但是,在允许阅读短信的特定情况下,情况更加令人担忧。在这种情况下,大多数用户不了解在界面中按“ ALLOW”按钮的全部后果。

为了对这一说法进行实证研究,进行了第二次用户研究,在该研究中询问Android用户,按下“ ALLOW”按钮(在对话框中)会带来什么后果。使用mTurk招募参与者,使用Marvel App模拟与手机的交互,已在与之前的用户研究相同的设置下进行了此用户研究。


在这项研究中,首先显示了Android手机的主屏幕,其中安装了一组著名的流行App(例如WhatsApp,TikTok和Amazon)。然后表明该设备正在安装一个新的App,该App需要具有通过系统对话框窗口发送和读取SMS消息的权限(上图)。最后,要求受试者回答一系列有关在此对话框窗口中按下“ ALLOW”按钮的潜在后果的问题(如下表左列所示)。允许受试者选择多个选项。该调查的详细信息见上图。

总共,从57位有效参与者中收集了答案。从上表中可以看出,由于91%(52/57)的受试者正确选择了option-1,因此可以得出结论,对于绝大多数用户而言,很明显,在权限提示中按下“ ALLOW”按钮允许App读取设备上的所有SMS消息。虽然先前的研究表明许多用户都在努力理解Android权限,但研究表明,对于READ_SMS权限的特定情况,大多数用户对它的工作原理有一个总体的了解。但是,他们中的大多数人都不知道,通过允许某个App读取SMS,该App可能会危害其他App的帐户。实际上,大多数主题都知道权限系统的总体工作原理,但只有39%的主题知道可以读取SMS消息的App也可以读取OTP,因此会损害流行App的帐户。这表明许多用户在Android中做出与权限相关的决定时并未意识到这一特定威胁。

研究认为这是由于以下事实:权限对话框未充分说明此选择的安全性后果。更具体地说,该对话框仅显示“允许(App名称)发送和查看SMS信息?”,但并未提及具有读取SMS消息的能力还使恶意App可以使用1FA SMS OTP破坏这些App的帐户。得出结论,SMS权限提示没有提供足够的信息,有关按下“ ALLOW”按钮的安全后果。

B.绕过市场级别的限制

App版本更新:如前所述,需要权限才能读取SMS收件箱的App在上载到Google Play商店时会受到其他政策的约束。具体来说,该App会由Google Play手动检查,以确保适合作为短信处理程序App。但是发现可以轻松绕过此政策的执行。实际上,能够在Google Play商店中发布不符合这些要求的App。

为了实现这一目标,首先实现了一个App,然后将其上传到市场,等待其批准。获得批准后,对其进行了修改(通过发布更新),并在不显示默认SMS提示的App中对其进行了转换,并且该App能够静默阅读文本消息并在线上传它们。最初的批准花了几天的时间(建议由市场运营商进行全面的分析),而更新则在几个小时内被接受。从理论上讲,还可以通过静态分析来检测添加到上载App中的恶意行为。不幸的是,在实验中情况并非如此。还尝试上传一个请求阅读短信许可的App,但没有遵循市场政策。在这种情况下,该App被拒绝了。

为此,实验表明很可能在更新App时不会执行人工协助验证,因为App更新会在几个小时内被接受,而几天后会接受新的提交。研究认识到,Play商店对待App的方式可能与拥有大量用户的方式有所不同。但是,截至2020年11月,上载的App已被下载了100多次,甚至收到了来自合法用户的一条评论。不过,它没有任何进一步验证的迹象。

请求其他权限:还找到了另一种绕过此审查过程的方法。 Android应用可以获取名为BIND_NOTIFICATION_LISTENER_SERVICE的权限,以读取用户收到的通知。所有收到的SMS消息都会触发包含其内容的通知。因此,具有读取通知权限的App可以有效地读取所有传入消息,包括包含OTP的消息。确实,最近的研究人员在Google Play商店中发现了恶意软件,该恶意软件专门利用通知系统来规避与SMS相关的权限限制,从而窃取其他帐户的OTP消息。除了这项工作已经发现的内容之外,还注意到与READ_SMS权限相比,如何处理读取通知的权限不一致。

具体来说,“reading notification”权限被Android OS视为“特殊”。要获得此许可,App必须要求用户打开专用界面并选择App的名称。因此,从说服用户向恶意App授予此权限的角度来看,获得读取通知的权限比获得读取的SMS许可更困难,因为这需要复杂的用户交互(而不仅仅是按下“允许”按钮)。令人惊讶的是,在Google Play商店上发布请求阅读通知权限的App比发布请求阅读短信权限的App容易,因为它不会触发任何额外的审查。本研究通过向市场提交一个App来确认这一点,该App的唯一行为是要求获得阅读通知的权限。该App已被接受,没有任何特殊要求或延迟。

0x07 Conclusion

根据本文的大规模研究发现,共有36个App滥用了这些API,从而使恶意本地攻击者能够完全劫持其帐户。此类易受攻击的App包括Telegram和KakaoTalk,它们是全球一些最流行的消息收发App。最后提出了一种新的更安全的机制来执行基于SMS的身份验证,并使用形式化验证来证明其安全性。在下一文章中,将展示如何在现代Android版本中滥用最新的API以在各种情况下执行自动、隐秘和无用户交互的攻击,以及防御机制。


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