Исследование защищенности карты Тройка / СоХабр

Введение

Бесконтактные платежи становятся все более популярны. На текущий момент общественный транспорт в Москве полностью переведен на бесконтактную систему оплаты. Самым популярным платежным средством становится универсальная карта Тройка, которая активно интегрируется в различные системы помимо общественного транспорта.

. Очевидно, что распространение карты будет только увеличиваться. Транспортная сеть города обслуживает территорию с населением свыше 20 млн человек и обеспечивает перевозку более 350 млн пассажиров в месяц. В свете этого становится важным вопрос защищенности карты.

https://www.youtube.com/watch?v=vc2PgNXY1xo

Целью данного исследования было выяснить насколько защищена карта от подделки баланса электронного кошелька, изучить принцип работы карты. Проверить защищенность инфраструктуры работающей с картой Тройка.

Автоматы продажи билетов метро

Служат для продажи проездных билетов и пополнения электронного кошелька карты Тройка. Возможна оплата наличными и кредитными картами с помощью систем PayPass/PayWave.

Работают на базе x86 компьютера под управлением операционной системы Windows. В момент сбоя управляющей программы можно видеть интерфейс операционной системы и служебные программы.

Подключены к сети по технологии Ethernet, замечен UTP кабель, идущий к автомату.

Потенциальный вектор атаки: проникновение во внутреннюю сеть, эксплуатация уязвимостей операционной системы._

Анализ исходного кода

Полученные с помощью Java Decompiler исходные тексты могут быть загружены в любую IDE (Integrated Development Environment) для более удобного изучения. Например, Android Studio.

Декомпилятор не всегда идеально обрабатывает проект — иногда он не справляется и оставляет части smali-кода. Но это не критично, так как главной задачей на данном этапе является анализ кода. Основной целью поиска в исходных текстах программы были ключи для доступа к секторам карты Тройка, описание формата хранения данных в областях памяти карты, содержащих баланс электронного кошелька и механизм пополнения баланса карты.

Беглый анализ исходных текстов позволил найти основные классы и методы работы приложения: регистрацию, работу с кредитной картой, запрос баланса и прочее. Однако ключей для доступа к карте Тройка в исходных текстах обнаружено не было. Было решено не тратить время на подробное изучение исходных текстов, а вместо этого исследовать данные, которыми обменивается приложение с сервером во время работы.

классы в коде приложения «Мой проездной»

Анализ памяти карты тройка

Перехваченные из приложения «Мой проездной» ключи доступа к секторам карты Тройка используем для локального чтения памяти карты с помощью Android приложения MCT — Mifare Classic Tool. Приложение позволяет найти все сектора, к которым подходят перехваченные ключи, так называемый перебор по словарю.

данные в памяти карты в шестнадцатеричном формате

Атака повторного воспроизведения

В результате экспериментов было установлено, что сектор памяти, хранящий информацию о балансе электронного кошелька, содержит криптографическую подпись для подтверждения подлинности данных, так называемую имитовставку. Данный механизм служит для защиты данных от подделки.

Все устройства, работающие с балансом электронного кошелька (турникеты, терминал), проверяют достоверность подписи, и, в случае несоответствия подписи, возвращают ошибку “карта неисправна”.

Установлено, что подпись формируется на основе уникального идентификационного номера карты (UID), поэтому клонирование сектора памяти электронного кошелька из одной карты на другую с отличным UID, всегда дает недействительную подпись.

Несмотря на то, что области памяти электронного кошелька защищены с помощью имитовставки, система оказалась уязвима для атаки повторного воспроизведения. Было сохранено состояние памяти сектора электронного кошелька до прохода через турникет, после чего выполнен проход и операция списания 31 рубля с баланса карты.

После чего состояние памяти карты было возвращено к исходному состоянию. В результате, на карте была восстановлена сумма баланса до прохода через турникет. Данную операцию удалось повторить несколько раз. Из этого следует вывод, что система не защищена от подобного вида атак.

шаги атаки повторного воспроизведения

Для установления возможности реальной эксплуатации уязвимости было выполнено продолжительное тестирование атаки повторного воспроизведения на инфраструктуре общественного транспорта Москвы. Первым был протестирован наземный транспорт: троллейбусы, автобусы, трамваи.

Электронный кошелек был пополнен единожды на сумму 50 рублей и все проходы через турникеты были выполнены с помощью атаки повторного воспроизведения.В течение пяти дней было совершено 57 поездок в наземном транспорте на общую сумму 1767 рублей. После чего карта была возвращена в кассу метрополитена и был получен возврат залоговой суммы в 50 рублей.

Для тестирования систем метрополитена была куплена новая карта и пополнена на 50 рублей. Все проходы через турникеты были выполнены с помощью атаки повторного воспроизведения. Было выполнено 12 поездок в течение 2 дней на общую сумму 384 рубля. На третий день карта была заблокирована на всех турникетах метро и наземного транспорта.

После полного восстановления состояния памяти карты до состояния на момент приобретения, карта продолжила работать в наземном транспорте, но блокировалась при проходе в метро. Из этого следует, что турникеты в метро имеют защиту от данного вида атак, однако срабатывает она с задержкой в несколько дней.

Аутентификация

В теле запроса передается номер телефона, PIN-код и информация об устройстве.

Валидаторы в метро

Служат для проверки состояния проездных билетов и записи баланса на электронный кошелек карты Тройка. Подключены к сети. Предположительно, работают на базе x86-компьютера и операционной системы Windows.

Потенциальный вектор атаки: проникновение во внутреннюю сеть, эксплуатация уязвимостей операционной системы._____

Валидаторы в наземном транспорте

Предположительно, работают локально, без подключения к сети. Поэтому должны содержать в памяти все необходимые данные для выполнения записи баланса на карту. Электронная часть может быть отсоединена с помощью замка снизу. Замечено, что водитель автобуса в конце рабочего дня отсоединяет валидаторы.

Потенциальный вектор атаки: физическое извлечение прошивки и данных из памяти устройства.______

Возможные цели атаки

Был проведен обзор инфраструктуры, работающей с картой Тройка, для установления наиболее привлекательных целей для атаки. Рассмотрены системы, позволяющие производить запись и считывание баланса электронного кошелька. Из основных критериев оценки была доступность для изучения без риска быть задержанным, простота и низкая стоимость.

Требовалось найти наиболее простую цель для проведения атаки, не требующую использования специальных технических средств и дорогостоящего оборудования.

Турникеты в метро

Потенциальный вектор атаки: проникновение в сеть, MitM.______

Где действует?

Карта Тройка действует на всем городском общественном транспорте: в метро, в автобусах, троллейбусах и трамваях, на МЦК, на Аэроэкспрессе и в пригородных электричках, а теперь и на Московских Центральных Диаметрах. Проездным можно оплатить прокат велосипедов, посещение музеев и зоопарка, а так же катка на ВДНХ.

Декомпиляция jar в исходные тексты java

Полученные jar файлы теперь можно декомпилировать в исходные тексты языка Java.

Для этого можно использовать любой из доступных Java декомпиляторов, например

Декомпиляция приложения

APK-файл приложения Android является архивом, внутри которого находятся файлы ресурсов, конфигурации, графика и другие мультимедиа данные, а также файл classes.dex, который является скомпилированным кодом приложения.

Запись данных на карту тройка

Права доступа к секторам карт типа Mifare определяются битами доступа в третьем блоке каждого сектора. Биты доступа, установленные в восьмом секторе, разрешают чтение сектора ключом А и запись ключом B. Полученные из приложения «Мой проездной» ключи, позволяют выполнить запись любых данные в сектор электронного кошелька.

Запрос баланса

После получения ключей с сервера, происходит считывание необходимых секторов памяти с карты и отправка содержимого памяти на сервер. В данном примере видны сектора 0,4,7,8.

Как и где пополнить баланс?

Пополнение баланса карты «Тройка» можно производить любым доступным и удобным способом из перечисленных:

• через СМС;
• в кассе метрополитена;
• с помощью платежного терминала;
• с банковской карты онлайн;
• платежными сервисами QIWI и Яндекс Деньги;
• в кассе Аэроэкспресса.

Мы составили подробные инструкции:

Как проверить баланс карты «Тройка»?

Как пополнить баланс карты «Тройка»?

И ответили на часто задаваемые вопросы по карте «Тройка».

Как пользоваться «тройкой»?

На проездную электронную карту Тройка можно положить сумму до 3000 рублей и прописать любой билет, действующий на момент пополнения счета. Как работает карта Тройка? Для оплаты проезда приложите карту к считывающему валидатору, расположенному в метро или на наземном транспорте. На дисплее автоматически отобразится количество оставшихся поездок или денежных средств на счете.

При проверке билетов, контролер приложит вашу «Тройку» к считывателю и увидит последнюю транзакцию. По одной карте не разрешается проводить несколько людей, но эта грань закона пока что размыта, например, в метро никто вас не остановит, если вы пропустите своего спутника, ведь оплата проезда произведена.

По законодательству, каждый пассажир должен иметь свой индивидуальный билет, подтверждающий оплату проезда в общественном транспорте.

Конвертация dalvik executable (dex) в java archive (jar)

Для анализа кода приложения необходимо сконвертировать .dex файлы, полученные из APK архива, в .jar файлы, которые далее могут быть декомпилированы в исходные тексты на языке Java. Это можно сделать с помощью программы dex2jar

Номер турникета, дата и время прохода

Аналогичная методика была применена для изучения формата остальных данных в секторе. Было выполнено несколько проходов через турникеты метро и сохранено состояние памяти после каждого прохода. Проходы были выполнены с интервалом времени в 1 минуту попеременно на двух различных турникетах.

Путем подбора значений было установлено, что нулевой и первый байт в первом секторе хранит идентификатор последнего турникета, через который осуществлялся проход. Далее второй и третий байты содержат дату последнего прохода в виде количества дней от 1.1.1992.

Время прохода записано в четвертом байте и старших четырех битах пятого байта, и кратно 30 секундам, начиная с 00:00 часов. Следовательно, расчет времени можно выполнить в два действия:

для расчета часов

Таким образом получим время 15:30, что соответствует действительному времени прохода.

На основе полученных сведений можно расшифровать данные представленные в предыдущей таблице

Каждая карта Тройка имеет уникальный серийный номер, отличный от UID. Этот номер нанесен на самой карте и используется для удаленного пополнения карты. Он хранится в нулевом блоке восьмого сектора с третьего байта по младшие четыре бита седьмого байта.

Несмотря на то, что все данные хранятся в открытом виде, на их расшифровку было потрачено больше всего времени. При этом некоторые данные остались нерасшифрованными. Предположительно, последние пять байт в первом блоке восьмого сектора содержат криптографическую подпись (т.н. имитовставка, MAC), которая генерируется с использованием приватного ключа в памяти турникета.

Обход блокировки карты

Экспериментально были найдены способы избегать блокировки карты при использовании атаки повторного воспроизведения. Основные факторы срабатывания блокировки:

• Время последней поездки, записанное в секторе памяти электронного кошелька, не должно повторяться при поездках в метро. То есть перед проходом в метро необходимо выполнить списание на турникете наземного транспорта, таким образом получив актуальную дату последнего прохода после восстановления дампа.
• Турникеты в наземном транспорте оперативно не синхронизируются с централизованной базой данных, поэтому операции, произведенные с использованием атаки повторного воспроизведения, обнаруживаются очень долго. Поэтому турникеты наземного транспорта могут быть использованы для обновления времени последней поездки перед использованием карты в метро
• Иногда необходимо выполнять минимальное пополнение карты, например на сумму 1 рубль

В результате удалось обойти механизм обнаружения мошеннических операций и выполнить более десяти поездок в метро в течение недели.

Отключение проверки tls-сертификата

Во время работы приложение «Мой проездной» устанавливает соединение с сервером

Перехват трафика приложения

Перехват защищенного трафика выполняется методом проксирования SSL-подключений с подменой сертификата сервера. Для этого существуют инструменты, вроде

или

, позволяющие выполнять подмену сертификата и запись расшифрованных данных автоматически. В данном случае, mitmproxy запущен на сервере, к которому по WiFi подключен смартфон с установленным приложением «Мой проездной». В приложении выполнена аутентификация по PIN-коду и произведена проверка баланса на карте Тройка. Все передаваемые в этот момент данные между сервером и приложением были записаны и проанализированы.

Подписание apk

APK-файлы имеют подпись, которая позволяет убедиться, что файл был корректно загружен и выпущен конкретным разработчиком. Без подписи APK-файл установить не получится, но можно использовать самоподписанный сертификат (в этом случае нужно включить опцию “установка из недоверенных источников” в настройках телефона). В результате подписи будет получен APK-файл, готовый для установки на смартфон.

создание сертификата для подписи
подписание APK-файла

Получение ключей от карты тройка

В запросе на чтение карты Тройка передается сессионный ключ, полученный в момент аутентификации, и серийный номер карты в формате base64.

Преимущества карты «тройка»

Транспортная карта «Тройка» обладает следующими преимуществами:

Приложение troikadumper

В рамках данного исследования, для удобства эксплуатации атаки повторного воспроизведения было создано приложение TroikaDumper. Оно позволяет локально (без подключения к интернету) просматривать записанные в памяти карты данные, такие как: баланс электронного кошелька, время последнего прохода через турникет, идентификатор последнего турникета, имитовставку, серийный номер карты Тройка, идентификационный номер карты (UID).

Приложение позволяет сохранять состояние памяти и записывать его на карту.

Приложение доступно в исходных текстах

Сборка модифицированного приложения

Чтобы применить внесенные в исходный код изменения, необходимо скомпилировать APK.

С помощью утилиты apktool можно собрать распакованный APK архив обратно.

сборка APK из исходных текстов

Сколько стоит карта «тройка»?

Стоимость карты Тройка в 2022 году — 50 рублей, которые возвращаются при прекращении использования и возврате пластикового проездного транспортному ведомству.

Стоимость проезда

Стоимость проезда зависит от билета, прописанного на транспортную карту. Вы можете ознакомиться с полным списком тарифов карты «Тройка» на 2022 год на нашем сайте.

Тарифы

• Единый — универсальный тариф для оплаты проезда в метро, автобусе, троллейбусе и трамвае. Есть возможность оплатить 1, 2, 20, 40 или 60 поездок, либо выбрать тариф без лимита поездок от 1 суток до целого года с приличной экономией.
• Кошелек — тариф для тех, кто пользуется общественным транспортом от случая к случаю. Деньги на карте сохраняются до 5 лет с момента пополнения, стоимость одной поездки от 46 рублей. Можно оплачивать Аэроэкспресс. На тарифе действует опция «90 минут», стоимость поездки по которой – 69 рублей.
• ТАТ — тариф с оплатой поездок наземного транспорта на 1-2 поездки, 30, 90 и 365 дней.

Формат данных в секторе электронного кошелька

Чтобы понять структуру хранения данных в памяти карты, была использована чистая карта, купленная в кассе, по которой не было выполнено ни одной поездки. Далее карта была пополнена 10 раз на 1 рубль через автомат. После каждого пополнения состояние памяти сохранялось. В конце все сохраненные данные были сравнены и установлено, что изменения происходят только в двух блоках 8 сектора.

дампы памяти восьмого сектора после пополнений на 1 рубль

Видно, что данные изменяются в первом блоке (нумерация от нуля) с 9 по 15 байт. Очевидно, что в данном месте содержится баланс электронного кошелька. Путем подбора возможных форматов хранения данных было выяснено, что значение баланса электронного кошелька хранится в области памяти от младших 4 бит 8 байта до старших 3 бит 10 байта и рассчитывается по формуле

Где 137B8 значение в памяти карты в шестнадцатеричном формате, а 399 сумма в рублях.Таким образом можно рассчитать значения из предыдущей таблицы.

расчет баланса в секторе электронного кошелька

Итог анализа api

Из перехваченных сообщений видно, что ключи для чтения карты Тройка загружаются с сервера каждый раз во время чтения карты. Были получены ключи от секторов 2,3,4,6,7,8,15. Найдены сектора памяти, содержащие данные электронного кошелька и информацию о билетах, записанных на карте.

Все эти данные получены за одну операцию считывания баланса. Платежные реквизиты в приложение добавлены не были, никаких платежных операций не производилось. Примечательно, что для операции чтения баланса с сервера загружаются одновременно A и B ключи, хотя ключи B используются для записи данных в память карты. В результате, атакующий может получить возможность записи данных на карту, выполняя только операции чтения.

Выяснено, что формат данных в памяти карты анализируется удаленно на сервере, и не передается в приложение. Поэтому на данном этапе установить каким образом данные организованы в памяти карты нельзя. Однако полученная информация позволяет продолжить исследование.