这种硬币大小的设备可以入侵波音737

# 这个硬币大小的设备可以入侵一架波音737 来源：https://www.wired.com/story/this-coin-sized-device-can-hack-a-boeing-737/ 尽管许多生命攸关系统的数字组件已被证明容易遭受网络破坏——汽车 (https://www.wired.com/2015/07/hackers-remotely-kill-jeep-highway/)、医疗设备 (https://www.wired.com/story/defcon-medical-device-village-hacking-hospital/)，甚至水务设施 (https://www.wired.com/story/a-leaked-memo-ties-cyberattacks-on-minnesota-water-utilities-to-iran/)和电网 (https://www.wired.com/story/russian-hackers-attack-ukraine/)——幸运的是，飞机的计算机系统至今仍然独特地让黑客无从下手。但一组学术研究人员花了数年时间测试一种不同的、刁钻的航空网络安全攻击方法。他们提出，飞机或许可以像间谍和破坏分子针对其他高价值离线计算机那样被入侵：通过暗中获得物理接触机会并插入一个设计好的设备，让其静默运行攻击者的恶意代码。 明天，在Usenix网络安全会议上，来自加州大学圣迭戈分校和欧柏林学院的研究人员将展示一种黑客攻击技术，能够接管波音737的自动驾驶仪来改变其导航，或在飞行员屏幕上伪造结果的同时悄悄更改飞机起飞和燃油计算中的关键数值——研究人员称，这些微妙的更改可能造成从起飞时冲出跑道、将航班引向另一个国家的领空，到灾难性坠机等各种后果。 为了实施这种攻击，他们制造了一个约硬币大小、支持Wi-Fi的样机设备，成本不到100美元。在不到一分钟的时间内，这个硬件植入物可以被安装到飞机外部一个舱门检修口内的端口上——该检修口在日常维护中常可由维护工人或其他机场和航空公司工作人员接触到。一旦安装到位，该设备可以在737的一条内部网络上发送电信号，向引导自动驾驶仪的敏感计算机系统伪造命令，并向飞行员显示诸如飞机总重量和外部气温等变量，这些变量在737的起飞计算中起着关键作用。 研究人员的黑客设备与一枚25美分硬币并排，用于显示其大小。 研究人员的黑客设备，与一枚25美分硬币并排。 照片由UCSD提供通过证明这种技术的可行性，他们希望能表明，这种物理接触式黑客攻击在资源充足的破坏分子手中是一种实际威胁，也是飞机安全中的一个重大盲区。他们认为，与直接在飞机上放置炸弹的传统威胁相比，这种方法还能为攻击者提供更强的控制力、隐蔽性和否认空间。 “如果你能和飞机单独待60秒，你能做什么？”领导该项目研究的加州大学圣迭戈分校计算机科学教授之一Stefan Savage问道，他描述了最初激发他们这条研究路线的问题。“结果发现，有一个可从外部接触到的端口。你不需要任何特殊工具，大约15秒就能打开它。你可以塞入一块比25美分硬币稍大的电子设备，它基本上能让你告诉自动驾驶仪该做什么，并在飞行计划变更时对飞行员撒谎。” 黑客设备（底部）与它插在波音737上的连接器并排，该连接器位于飞机外部舱门检修口内。 黑客设备（底部）与它插在波音737上的连接器并排，该连接器位于可从飞机外部舱门进入的检修口内。 照片由UCSD提供研究人员没有透露他们针对的是737上的哪个端口，也没有公开其黑客设备能够向飞机计算机伪造命令的一些细节。他们与波音公司密切合作以分享其发现，最早在六年多前就向该公司披露了部分研究内容，甚至在波音设施的一个测试实验室中测试和演示了他们的攻击。 当《连线》杂志就研究人员的工作联系波音公司时，波音在一份声明中回应称，该公司已针对研究人员的发现，对其组件的设计、安装和接口进行了自己的审查。但它淡化了其物理接触式黑客技术的实际风险。“我们的技术专家确信，飞机上现有的多层防护——包括系统设计和运行环境方面——提供了足够的缓解措施，能显著限制真实世界攻击的可行性和风险，”声明中写道。 研究人员表示，波音并未告诉他们针对已发现漏洞的任何技术修复方案——他们推测，鉴于商用飞机重新设计的频率极低，波音实际上可能在未来数年内都不会对这些系统实施任何此类更新。 他们在论文中写道，缺乏即时的飞机安全更新不应引起恐慌或让飞机停飞。“本文的所有作者都经常乘坐波音737出行，并预计将继续这样做，”论文的引言中写道。 不过Savage认为，这项研究证明，无论是飞机组件的网络安全，还是更紧迫地决定谁可以在地面上接近飞机的运营安全措施，都需要进行长期变革。他们最简单的修复建议是：用环氧树脂封住该端口，或者干脆将其移除。 “这是航空业需要计划防御的事情，”Savage说。“我不会在这件事上掉以轻心。” ## **建造一架飞机，然后破解它** 这个研究团队对入侵飞机的兴趣源于将近15年前，当时他们中的一些人发现并演示了首个通过互联网成功入侵汽车计算机系统 (https://www.wired.com/2015/09/gm-took-5-years-fix-full-takeover-hack-millions-onstar-cars/)的技术，包括控制其转向和刹车。他们的概念验证攻击方法，尤其是通过利用雪佛兰Impala的OnStar系统实施的那些攻击，开启了一个汽车黑客研究时代，最终导致了汽车制造商网络安全实践的巨大变革，包括推出汽车漏洞赏金计划和聘请汽车黑客帮助查找漏洞。 在那次汽车黑客研究之后，团队的一名成员、当时的UCSD研究科学家Kirill Levchenko建议下一步尝试入侵飞机。但与雪佛兰Impala不同的是，波音737远远超出了他们的预算。“我指出我们不可能真的买一架飞机停在停车场里，但他毫不动摇，”Savage说。 在接下来的几年里，团队开始在能找到出售的地方购买这种商用飞机的计算机组件，花费了数万美元在二手市场上购置设备。到2019年，他们已经组装起了他们称之为Triton的“航空电子测试台”，本质上就是将737的计算机部件用线连接在一起。 UCSD教授Aaron Schulman按下作为研究人员Triton组成部分的飞行管理计算机上的一个按钮。 UCSD教授Aaron Schulman按下飞行管理计算机上的一个按钮，该计算机是研究人员Triton航空电子测试台的一部分，该测试台由一组用线连接的波音737计算机组件组成。 照片：Erik Jepsen/加州大学圣迭戈分校大约在同一时间，UCSD教授Aaron Schulman正在从事另一个研究项目，关于黑客物理安装在加油站销售终端上以窃取支付信息的信用卡盗刷设备 (https://krebsonsecurity.com/2019/08/meet-bluetana-the-scourge-of-pump-skimmers/)。“我们意识到，有人把一个设备插入总线并从上面读取数据，甚至可能获得控制权，这是一个合理的威胁，”Schulman说，他用“总线”一词指连接数字设备各组件的内部网络。Schulman开始思考类似的物理接触攻击是否可能作用于飞机的内部总线。“我们当时想，‘等等，我们必须重新思考一切了。’” 带着这个想法，Schulman当时的一名学生研究员Sam Crowe翻遍了数百页波音布线图，发现一个特定的端口——通常只有一个没有锁的舱门保护——连接到737上的一条总线，该总线承载着飞机上两个关键计算机组件的数据：飞行管理计算机（Flight Management Computer）和多用途控制显示单元（Multipurpose Control Display Unit）。不久之后，Crowe利用该团队的航空电子测试台发现，当他连接到那条总线并发送电流高于737这些组件之间合法命令所用的电信号时，他可以用自己的命令覆盖那些命令，研究人员后来将这种技术命名为“总线驾驶员”（Bus Driver）。 现在他找到了网络上一个可接触的立足点，从那里他可以发送这些电命令并篡改飞机的飞行计划和飞行员界面的关键部分。正如Savage所说，“就像他找到了死星上的那该死排气口一样。” ## **一个拥有机上Wi-Fi的微小偷渡者** 2020年春天，团队将其发现告知了波音公司，并得到了出乎意料的积极回应。他们在接下来的几年里继续与该公司分享研究进展。 Crowe很快对他们的黑客设备进行了改进，直到他做出了一个足够小的版本，可以装进737上那个裸露的端口里，上面通常还有一个防尘盖，可以完全将设备隐藏在视线之外。这个小装置包含一个能够运行其攻击代码的芯片以及一个Wi-Fi无线电。该无线电理论上可以让黑客设备通过飞机的机上Wi-Fi网络连接到互联网，然后向其控制者发出信号，使攻击者能够远程控制该设备及其发送的命令。 当新冠疫情来袭时，Schulman将团队的航空电子设备运到了Crowe位于湾区的家中，Crowe在卧室里继续工作。很快他就改进了设备的能力，使其能够以不可察觉的方式拦截、更改和伪造发往飞机敏感系统的命令：例如，它可以连接到飞行管理计算机并更改编程到飞机自动驾驶仪中的航路点，从而使飞机偏航，或者更改飞机重量或外部温度等变量。同时，通过电子方式篡改多用途控制显示单元，它可以防止这些更改出现在飞行员的屏幕上。 被篡改的飞行管理计算机上显示了研究人员的黑客技术名称 Bus Driver。 被篡改的飞行管理计算机上显示了研究人员的黑客技术名称 Bus Driver。 照片：Erik Jepsen/加州大学圣迭戈分校诱骗飞行员相信外部空气比实际更冷——或者飞机上的乘客和货物装载比实际更轻——737可能就无法在跑道用完前达到起飞所需的速度。篡改飞行计划，你可能导致自动驾驶仪改变飞机航向，使其进入另一个国家的领空，在那里飞机可能被该国空军接管。突然的导航改变可能让飞机撞上山峰，而缓慢的改变则可能让跨洋航班飞错方向，直到燃料耗尽坠入海中。“可能是非常微妙的情况——你在太平洋上空，周围全是蓝色，这个更改让你偏航3度，现在你身处茫茫大海之中，”Schulman说。 研究人员指出，细心的飞行员几乎能从他们想象到的任何攻击中恢复过来：手动控制飞机会覆盖自动驾驶仪，即使多用途控制显示单元被入侵，正确的数值也会出现在驾驶舱的另一个屏幕上。但即使在这种情况下，Schulman说，飞行员“会发现数据对不上，但他们完全不知道原因，这会非常令人困惑，可能让他们对下一步行动做出不确定的判断。”在不太乐观的情况下——或者如果黑客实施了更微妙的变化——Schulman说飞行员可能直到为时已晚才会注意到。 在他们的论文中，研究人员概述了一系列针对他们所发现漏洞的修复方案，首先是完全移除易受攻击端口中的连接器，或者用环氧树脂封住它。从更长远来看，他们建议飞机的系统可以更新，在软件中加入能够检测其“总线驾驶员”黑客技术的防御措施，或者像一些军用飞机那样更好地进行电气隔离，甚至增加密码学认证以防止飞机系统之间信号的伪造。 呼吁进行这类更新——不仅是波音，而是整个航空业——远非危言耸听，因为研究人员描述的这次攻击非常具有现实可行性，网络安全顾问Beau Woods说，他曾担任网络安全和基础设施安全局的顾问，同时也是波音工业网络安全技术委员会的成员。“完全有可能让一个内部人员在地面上飞机进行维护时走到飞机旁，把这种东西装进去，”Woods说，他在论文发表前阅读了研究人员的工作。他说，这篇论文“看起来是关于高能力对手在现实场景中的可靠实证证据。” 他说，研究人员的这项技术表明，任何高度敏感系统的“威胁模型”都必须随着潜在攻击者技术的进步而改变——在这种情况下，随着有可能将一整套能够连接到飞机Wi-Fi并向其系统转发命令的硬件设备，装进隐藏在不起眼插头防尘盖内的一小块圆形薄片上。 “既然研究已经发表，人们可以理解并认识到现实已经改变了，”Woods说。“20世纪的威胁模型很少能在21世纪工具和技术的冲击下存活。”