MICROCHIP AN3523 UWB Transceiver Considerazioni di sicurezza Note d'applicazione Guida d'utilizatore

I sistemi per misurà a distanza utilizendu i segnali radio di u tempu di u volu di andata è diventanu più populari in l'automobili attuali dotati di Passive Entry / Passive Start (PEPS).
Quandu u valore di a distanza hè misurata, a vicinanza di u fob chjave à a vittura pò esse verificata.
Ddu infurmazione pò esse usata per bluccà un Attaccu Relay (RA).
Tuttavia, senza una implementazione attenta, tali metudi di verificazione di prossimità ùn sò micca abbastanza per guardà contru un attaccu avversariu.
Stu documentu spiega considerazioni impurtanti di sicurità è i modi chì sò indirizzati cù u Microchip ATA5350 Ultra-Wide-Band (UWB) Transceiver IC.

Riferimenti rapidi

Documentazione di riferimentu

Scheda dati ATA5350
Manuale d'uso ATA5350

Mridula Singh, Patrick Leu è Srdjan Capkun, "UWB cù Reordering Pulse: Securing Ranging Against Relay and Physical Layer Attacks", in Rete è Distributed System Security Symposium (NDSS), 2020
Aanjhan Ranganathan è Srdjan Capkun, "Semu veramente vicinu? Verifying Proximity in Wireless Systems ", in IEEE Security & Privacy Magazine, 2016

Acronimi / Abbreviazioni
Table 1-1. Acronimi / Abbreviazioni

Acronimi / Abbreviazioni	Descrizzione
BCM	Modulu di Cuntrollu di u Corpu
CAN	Rete di zona di cuntrollu
ED/LC	Rilevazione anticipata / Cummissione tardiva
IC	Circuit integratu
ID	Identificazione
IV	Valore iniziale
LIN	Rete d'interfaccia lucale
PEPS	Entrata passiva / Start passiva
PR	Pruvatore
RA	Attaccu di relè
RNR	Dati Random Nonce
SSID	Identificatore di Session Secure
UHF	Ultra-Alta Frequenza
UWB	Ultra-Wideband
VR	Verificatore

Limite di distanza

Dui dispusitivi ATA5350 (per esample, key fob è car) pò esse stallatu per calculà a distanza misurà u tempu di volu di u segnu UWB trà elli.

Ci sò dui tipi di dispusitivi implicati in u prucessu:

U primu dispusitivu: cunnisciutu ancu verificatore (fob) principia a misurazione

Secondu dispusitivu: canusciutu macari comu lu Prover (car) rispondi à u telegramma di dati U valore misurata, andata-viaghju tempu-di-volo, trà i dispusitivi veni usatu pi calculà a distanza utilizendu a seguente formula simplice:
distanza = (tempu di andata e ritorno di a velocità di u volu di a luce)

Sessione di limitazione di distanza in modalità normale (VR / PR)
A figura seguente illustra una applicazione per fà misure di delimitazione di distanza cù u transceiver ATA5350 UWB utilizendu u modu Normale.
Figura 2-1. Sistema di misurazione di a distanza

A cumunicazione è u scambiu di dati trà un node Verifier è un node Prover hè divisu in segmenti è si svolge in l'ordine seguente:

Verifier manda a so dumanda di misurazione di distanza di impulsu
Prover riceve a dumanda di Verifier

Prover aspetta un tempu di turnaround fissu (16uS)
Prover manda a so risposta di misurazione di distanza di impulsu

U verificatore riceve a risposta Prover

A sessione di gamma VR / PR in modalità Normale hè ottenuta utilizendu un telegramma di impulsi cù a struttura mostrata in a figura seguente.

Figura 2-2. Modu normale VR/PR Pulse Telegrams
Verificatore

Turn Around Time

Pruvatore

In u modu Normale, i valori lògichi per RNRv è RNRp sò mappati à impulsi utilizendu un mudellu di diffusione fissu da 1 bit à 16 impulsi, chì hè definitu quì sottu:

Bit logicu 0 = mudellu di impulsu 1101001100101100
Bit logicu 1 = mudellu di impulsu 0010110011010011

Per u Verificatore, u SSID 4-byte è 4-byte RNRv sò mappati à un mudellu di 1024 impulsi è cumminati cù l'impulsi Preamble è Sync per furmà un telegramma di 1375 impulsi.
U telegramma di impulsu Prover hè ancu furmatu in modu simili.
I telegrammi di Pulse chì utilizanu stu mudellu fissu sò vulnerabili à l'attacchi fisici è ùn deve micca esse usatu cum'è contramisura à l'Attaccu di Relay PEPS.
Per evità stu scenariu, deve esse implementatu misure di sicurezza supplementari.
Iddi sò discrittu in a sezione dopu.

Sessione di limitazione di distanza in modu sicuru (VRs / PRs)
Una applicazione mejorata per fà misure di delimitazione di distanza cù u transceiver ATA5350 UWB utilizendu u modu Secure hè mostrata in a Figura 2-3.

I miglioramenti di u sistema includenu l'aghjunzione di:

Pacchettu di dati aleatoriu per l'autentificazione di u messagiu (RNRv è RNRp)

Riordinazione/scrambling di impulsi di pacchetti di dati aleatoriu (IV, CHIAVE)

Prima di inizià una sessione di misurazione di distanza, i valori SSID, RNRv, RNRp, IV è KEY devenu esse trasferiti da u Modulu di Controlu di u Corpu (BCM) à u Verificatore nantu à un ligame criptatu (per esempiu.ample PEPS UHF canale) à u Prover (s) nantu à un canali di cumunicazione CAN o LIN sicuru.
À a fine di a sessione di misurazione di distanza, u verificatore manda l'infurmazioni di distanza calculata à u BCM nantu à un ligame UHF criptatu (per es.ample, canale PEPS)
Figura 2-3. Sistema di misurazione di distanza sicura

Identificatore di sessione sicura (SSID)
L'infurmazione SSID furnita da u BCM hè mudificata à u telegramma di impulsu UWB. Se a verificazione SSID hè attivata, solu i telegrammi di impulsi cù valori SSID validi sò accettati.
A sessione hè immediatamente finita se SSID ùn currisponde micca.
Vede u manuale di l'usu per u bit di cunfigurazione corrispondente in u registru A19.

Pacchettu di dati aleatoriu per verificatore è prova (RNRv è RNRp)
I valori RNRv è RNRp furniti da u BCM sò usati per verificà l'autenticità di u telegramma di impulsu UWB ricevutu.
U Prover raporta u so valore ricevutu da u Verificatore, RNRv ', à u BCM nantu à u canali di cumunicazione CAN o LIN sicuru à a fine di a sessione di misurazione di distanza.
Se u BCM determina chì RNRv ≠ RNRv', a misurazione di distanza hè cunsiderata invalida.
In una manera simile, u Verificatore informa u so valore ricevutu da u Prover, RNRp', à u BCM nantu à un ligame UHF criptatu (per ex.ample, canale PEPS) à a fine di a sessione di misurazione di distanza.
Se u BCM determina chì RNRp ≠ RNRp', a misurazione di distanza hè cunsiderata invalida.

Pulse Scrambling (IV, CHIAVE)
Pulse scrambling hè implementatu per furnisce un modu per assicurà a misurazione di a distanza contr'à tutti l'attacchi di distanza di a strata fisica [3].
Per scramble u telegramma di impulsi UWB, u Modu Secure riordina è randomizeghja i campi di dati RNRv è RNRp di u telegramma di impulsi.
A riordinazione di l'impulsu hè ottenuta rimpiazzendu u mudellu di diffusione di impulsu fissu utilizatu in u Modu Normale cù un mudellu permutatu da una Tabella di Ricerca indexata caricata prima di a sessione di misurazione di distanza.
A randomizazione di i pulsati hè realizatu appiendu una operazione OR esclusiva trà i pulsati riordinati è un numeru aleatoriu da u cifru di bloccu Trivium.
Queste operazioni sò mostrate graficamente in a figura seguente.
Hè da nutà chì l'ordine di impulsu è a randomizazione s'applicanu solu à u campu di dati RNR.
U Preambulu, Sync è SSID ùn sò micca scrambled.
Figura 2-4. Prucessu di Reordering Pulse

Tipi di Attacchi di Limite di Distanza Adversariale

Senza considerazioni di cuncepimentu propiu, i sistemi di Verificazione di Prossimità o di Limitazione di Distanza ponu esse vulnerabili à attacchi di modificazione di distanza.
Questi attacchi ponu utilizà i punti debule in a strata di dati è / o a strata fisica per manipulà a distanza misurata.
L'attacchi di data-layer ponu esse prevenuti includendu una criptografia forte è questu metudu hè digià in pratica nantu à i sistemi PEPS in l'automobili d'oghje.
L'attacchi di a strata fisica sò una preoccupazione significativa perchè ci hè a pussibilità di eseguisce l'attaccu indipindente da a criptografia di a strata di dati è ancu l'attacchi facenu usu di e dati ottenuti attraversu l'ascoltamentu è da ghjucà (cumpostu o mudificatu) o riproducendu segnali radio per manipulà e misure di distanza. [4].
U cuntestu di stu documentu hè di eseguisce a Verificazione di Prossimità di u fob chjave in u sistema PEPS, cusì stu documentu si focalizeghja solu nantu à e minacce capaci di pruvucà u sistema à rapportà una distanza chì hè menu di l'attuale.

I metudi più cumuni di muntà un attaccu fisicu, chì riduce a distanza sò:

Cicada Attack - Sfrutta a signalazione deterministica sia di u preambulu sia di a carica di dati
Preamble Injection - Sfrutta a struttura deterministica di u preambulu
Early Detect / Late Commit Attack - Sfrutta e lunghe lunghezze di simboli

Attaccu di cigale
Se u sistema di misurazione di u tempu di volu utilizeghja pacchetti di dati predefiniti per a varieghja, ci hè a pussibilità per l'attaccante di generà un signalu di ricunniscenza maliziusu ancu prima chì l'autenticu Prover riceve u so signalu di intervallu autenticu.
L'Attaccu di Cicada piglia l'avantitagE di i sistemi chì anu sta debulezza di a strata fisica trasmettendu continuamente un signalu di ricunniscenza maliziosa (Prover) cù una putenza più grande paragunata à l'autentica Prover [4].
Questu causa chì u Verificatore autenticu riceve u signale di ricunniscenza maliziosa di u latru prima di u segnu di ricunniscenza autenticu.
Questu inganni u sistema per calculà una distanza incorrecta è accurtata (vede a figura seguente).
Modu nurmali deve esse evitata cum'è rende l'utilizatori vulnerabile à l'attaccu Cicada.
Invece, u modu Secure deve esse sceltu.
Sustituisce i pacchetti di dati predefiniti cù pacchetti di dati derivati unicu è bluccà stu tipu d'attaccu.
Figura 3-1. Attaccu di cigale

Preambulu Iniezione
In stu tipu d'attaccu, u ladru prova di fà i seguenti:

Sfruttate a so cunniscenza di a struttura di u preambulu (chì hè cunnisciuta da u publicu)
Indovinà i valori per a carica di dati sicura (consultate a Sezione 2.2.3 Pulse Scrambling (IV, KEY))
Avanzate a trasmissione cumpleta (Preambulu + Data Payload) per una quantità, TA, prima di risponde à u Prover autenticu.

Vede a figura seguente per i dettagli.
Figura 3-2. Preambulu Attaccu d'iniezione

Per designu, u dispusitivu ATA5350 usa e caratteristiche RF di u preambulu per creà una s precisa.ampling profile per a rilevazione di impulsi successivi.
Se u preambulu chì hè injectatu TA prima di a risposta autentica porta à u s sbagliatuampu puntu di tempu, u restu di u payload di dati sicuru ùn sarà ricevutu currettamente, è l 'attaccu sarà bluccatu.

Rilevazione anticipata / Attaccu di Cummissione tardiva
Un'altra caratteristica di a capa fisica chì pò esse sfruttata per manipulà a misurazione di distanza hè a manera in quale i dati sò codificati.
A causa di a natura di a radiu UWB, i bits di dati lògichi sò codificati utilizendu una sequenza di impulsi chì hè statu discutitu prima in a Sezione 2.1 Sessione di Limite di Distanza in Modu Normale (VR / PR).
Queste sequenze di impulsi formanu un simbulu è sò aduprate da e radio UWB per migliurà a sensibilità è a robustezza.
In fatti, i radiu UWB sò capaci di determinà currettamente u simbulu trasmessu, ancu s'ellu mancanu alcuni di i pulsati di simboli individuali.
In cunseguenza, i sistemi radio UWB sò vulnerabili à l'attaccu Early Detect / Late Commit (ED / LC).
U principiu daretu à l'attaccu ED / LC hè di avanzà u pacchettu di dati di ricunniscenza predicendu u mudellu di simbulu dopu avè ricivutu solu a prima parte di questu.
L'attaccu hè cumpletu trasmettendu un pacchettu di dati di ricunniscenza maliciosa prima di u Prover autenticu (vede a figura seguente).
Figura 3-3. Detezzione anticipata / Attaccu di Cummissione Tardi

U modu Secure blucca in modu efficace tutti l'attacchi ED / LC è hè cunsigliatu per evità stu tipu d'attaccu di riduzzione di distanza.
Questu hè ottenutu da rimpiazzà i mudelli di impulsu fissu (modu nurmale) cù mudelli di impulsi riordinati (modu Secure) chì sò scunnisciuti da l'attaccante.
L'infurmazioni necessarii per riordinà bè i mudelli di pulsazioni sò cunnisciuti sia da u Verificatore sia da u Pruvatore prima di l'iniziu di ogni sessione di intervallu, ma micca à l'attaccante.
U prucessu tutale di reordering di impulsi hè spiegatu in a Sezione 2.2.3 Pulse Scrambling (IV, KEY) è mostra gràficamente in Figura 2-4.

L'impurtanza di u protocolu

Per assicurà l'autenticità di i missaghji Verifier è Prover, hè necessariu un protocolu Challenge-Response.
Una di e vulnerabilità primarie di u standard IEEE® 802.15.4a/f hè chì ùn hà micca disposizioni per una ricunniscenza autentificata, è senza questa capacità, i sistemi di misurazione di u tempu di volu sò in risicu sia da attacchi fisici di allayer sia da simplicità. attacchi di messagiu-replay [4].
L'ATA5350 hà sta capacità, chì hè spiegata in a Sezione 2.2.2 Pacchettu di Dati Aleatoriu per Verificatore è Pruvatore (RNRv è RNRp) è rapprisintatu in Figura 2-3.

Cunclusioni

U ATA5350 Impulse Radio UWB Radio hè statu cuncepitu cù a sicurità in mente.
Selezziunate u Modu Secure, chì supporta a re-ordine di impulsi è l'autentificazione di i missaghji (suporta un protokollu Challenge-Response), l'utilizatore pò esse assicuratu chì a misurazione di distanza risultante hè virtualmente immune da attacchi maliziusi.

Storia di Revisione di Documenti

Revisione	Data	Sezzione	Descrizzione
A	06/2020	Documentu	Revisione iniziale

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Assistenza tecnica generale: Domande Frequenti (FAQs), richieste di supportu tecnicu, gruppi di discussione in linea, lista di membri di u prugramma di partner di design Microchip

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L'uffizii di vendita lucali sò ancu dispunibili per aiutà i clienti.
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Nota i seguenti dettagli di a funzione di prutezzione di codice in i dispositi Microchip:

I prudutti Microchip rispondenu à e specificazioni cuntenute in a so specifica Scheda di Dati Microchip.
Microchip crede chì a so famiglia di prudutti hè una di e famiglie più sicure di u so tipu in u mercatu oghje, quandu s'utilice in a manera prevista è in cundizioni normali.
Ci sò metudi disonesti è possibbilmente illegale utilizati per violà a funzione di prutezzione di codice.
Tutti questi metudi, à a nostra cunniscenza, necessitanu di utilizà i prudutti Microchip in una manera fora di e specificazioni operative cuntenute in e Schede di Dati di Microchip.
Hè assai prubabile, a persona chì face cusì hè impegnata in un furtu di pruprietà intellettuale.

Microchip hè dispostu à travaglià cù u cliente chì hè preoccupatu per l'integrità di u so codice.
Nè Microchip nè un altru fabricatore di semiconductor pò guarantisci a sicurità di u so codice.
A prutezzione di u codice ùn significa micca chì guarantimu u pruduttu cum'è "irrompibile".

A prutezzione di u codice hè in constante evoluzione.
Noi di Microchip ci impegnamu à migliurà continuamente e funzioni di prutezzione di codice di i nostri prudutti.
I tentativi di rompe a funzione di prutezzione di u codice di Microchip pò esse una violazione di u Digital Millennium Copyright Act.
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Documenti / Risorse

MICROCHIP AN3523 UWB Transceiver Considerazioni di Sicurezza Nota di Applicazione [pdfGuida di l'utente
AN3523 UWB Transceiver Cunsiderazioni di Sicurezza Nota di Applicazione, AN3523, Cunsiderazioni di Sicurezza di Transceiver UWB Nota di Applicazione, Cunsiderazioni Nota di Applicazione

Referenze

Manuale d'usu

Introduzione