首批针对星链卫星网的攻击手法曝光：篡改接入终端执行任意代码

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研究人员只需要花费25美元，就能用小零件制作出硬件入侵工具，在星链卫星天线上运行任意代码。

前情回顾·卫星网络安全

自2018年以来，马斯克的星链计划已经先后将3000多颗小型卫星送入轨道。星链卫星网络成功将互联网连接覆盖到地球上原本难以触及的位置，并成为俄乌战争期间重要的信息传输资源。面对蓬勃的行业发展态势，马斯克决定再进一步发射数千颗卫星。但与其他新兴技术一样，黑客们也很快盯上了这些卫星组件。近日，来自比利时研究型综合高校鲁汶大学的安全研究人员Lennert Wouters，揭示了星链用户终端的首批安全缺陷之一。星链终端，指的是安装在用户住宅和建筑物顶部的卫星天线（绰号为“Dishy McFlatface”的相控阵碟形天线）。在本届拉斯维加斯Black Hat安全大会上，Wouters将详细介绍攻击者如何通过一系列漏洞访问星链系统，并在设备上运行自定义代码。

自制黑客工具并开源，

成本仅25美元

为了研究如何访问天线软件，Wouters买下一副天线并拆解研究，设计出一款可以接入星链天线的定制化黑客工具。而这款工具的基础，是一种名为modchip的定制电路板。因为完全由现成的零部件组成，所以这款电路板售价仅为25美元。在接入星链天线之后，Wouters的自制印刷电路板（PCB）就能发起故障注入攻击，导致系统暂时短路以绕开星链安全保护机制。在此之后，Wouters就能成功侵入星链系统中原本锁定的部分。
Wouters已经在GitHub上开源了自己的黑客工具，并分享了关于攻击方式的一些细节。他解释道，“站在攻击者的角度，首先想到的自然是攻击卫星本体，也就是构建自有系统与卫星通信。但这显然非常困难。所以要想成功攻击，最好能借助于用户终端，这样很多难题就迎刃而解了。”去年，这位研究人员已经向星链项目方通报了这些缺陷，SpaceX公司也通过漏洞奖励计划向Wouters支付了相应的奖金。Wouters坦言，虽然SpaceX发布的更新加大了实施攻击的难度，但除非该公司开发出全新版本的主芯片，否则无法从根本上解决问题。Wouters通过调整modchip再次成功实现入侵，并表示这一隐患正在威胁所有星链用户终端。星链项目方则表示，计划在Wouters的Black Hat演讲之后发布“公开更新”，但拒绝在实际发布前向媒体透露任何更新细节。

绕过保护机制，

成功破解天线固件

星链互联网系统由三大主要部分组成。首先，星链卫星在距地面约340英里的近地轨道上运行，负责实现信号覆盖。而地面系统又分为两种：将互联网连接发送至卫星的网关，以及用户购买安装的Dishy McFlatface天线。Wouters的关注重点正是其中的用户终端，这些天线最早采用圆形设计，目前最新型号已经改为矩形外观。自从这款用户终端开放销售以来，星链天线已经被多次拆解。在YouTube上，工程师们亲手拆开设备，展示其中的组件并介绍其如何运转。Reddit论坛上也有不少关于星链终端的技术规格讨论。但Wouters明显更为专业，曾经用自制硬件在90秒内解锁特斯拉汽车的他，认真研究了星链终端及其芯片的安全性设计。在他看来，“这款用户终端绝对是高手设计出来的。”他对星链终端的攻击分为多个阶段、对应不同技术措施，最终才摸索出这块能突破碟形天线安全壁垒的开源电路板。总的来说，攻击的基本思路就是使用定制电路板绕过签名验证检查，用欺骗的方式让系统误以为启动过程正确、并不存在篡改。Wouters表示，“只有这样，我们才能精确计划和控制何时注入故障。”自2021年5月开始，Wouters就已经着手测试星链系统。他在鲁汶大学的楼顶获得了268 Mbps的下载速度和49 Mbps的上传速度。之后，他开始用“热风枪、撬棒、异丙醇再加上极大的耐心”取下天线上的金属盖，逐一分析星链终端的内部组件。在直径达59厘米的金属盖下，隐藏着一个大型PCB。其中的片上系统包括一枚定制化四核ARM Cortex-A53处理器，由于架构未经公开所以破解难度极大。板上的其他元件还包括射频设备、以太网供电系统和GPS接收器。亲手拆解之后，Wouters逐渐弄清了星链终端是如何启动、又是怎样下载固件的。为了设计modchip，Wouters扫描了星链天线并找到了最适合当前星链电路板的设计方案。他的modchip需要通过几根线缆被焊接到星链PCB上，modchip本体则由Raspberry Pi微控制器、闪存、电子开关和稳压器组成。在设计这块终端电路板时，星链工程师们打上了“产于地球，人类制造”（Made on Earth by humans）字样。Wouters则在自己的modchip上幽默了一把，打上“坏于地球，人类制造”（Glitched on Earth by humans）。为了接入终端软件，Wouters的定制系统会通过电压故障注入攻击绕过安全保护机制。在星链天线开启时，会经历多个不同的引导程序加载阶段。Wouters的攻击指向第一个引导加载程序（即ROM引导加载程序），此程序是被刻录到片上系统的，因此无法更新。攻击成功后，他会在接下来的其他引导加载程序上修改固件，从而夺取对终端天线的控制权。Wouters解释道，“总体来看，最理想的攻击切入点就只有两个：签名验证，或者哈希验证。”他的方法指向的正是签名验证过程。“工程师在设计的时候会努力避免短路，但我们的攻击方法却是在刻意利用短路。”最初，Wouters本打算在启动周期结束时（即Linux操作系统全部加载完成）再向芯片注入故障，但最终发现抢在启动开始时注入才是正确思路。Wouters表示，这种方式的可靠性更高。为了注入故障，他必须让负责平滑电源的去耦电容停止工作。所以，Wouters攻击方案的实质就是先禁用去耦电容，再运行故障以绕过安全保护，最后重新启用去耦电容。经此过程，Wouters就能在启动周期之内篡改并运行星链固件，最终获得底层系统访问权限。Wouters指出，期间星链方面也做出过回应，表示愿意向他提供研究员级别的设备软件访问权限，但他拒绝了。他想更进一步，尝试设计modchip。（在测试期间，他把改装后的终端挂在实验室窗外，还套了个塑料袋防止设备被水打湿。）星链项目方随后发布了固件更新，但也只是拉高了攻击难度，并没能彻底根除隐患。不过Wouters也承认，现在对星链终端的入侵需要投入大量时间和精力。虽然他的尝试没法彻底摧毁卫星系统或者破坏网络连接，但可以让人们更深入地理解星链网络的运作方式。Wouters解释称，“我现在的目标，是尝试跟后端服务器建立通信。”虽然他的modchip详尽设计已经公布在GitHub上，但Wouters完全没有出售modchi成品的打算，也从未向他人提供过篡改后的用户终端固件，或者利用此漏洞的确切细节。

卫星网安全应比照关基重视程度

如今，亚马逊、OneWeb、波音、Telesat和SpaceX等都在积极发射自己的卫星并建立星座计划，卫星安全必将受到更严格的审查。除了为家庭用户提供网络连接之外，这些系统还能帮助船舶等设施接入网络，发挥重要的关键基础设施作用。在另一边，恶意黑客已经将卫星互联网视为攻击目标。随着俄乌战争爆发，据称已经有俄罗斯军方黑客将矛头指向Via-Sat卫星系统，向其中部署Wiper恶意软件，并致使用户路由器“变砖”和系统离线。攻击共导致欧洲约30000条互联网连接中断，其中涉及5000多台联网风力涡轮机。Wouters强调，“我认为很有必要对这类系统开展安全评估，它们也是关键基础设施的一部分。考虑到星链终端这类设备的获取难度并不高，肯定会有恶意黑客在考虑实施攻击。”2022年8月10日更新：在Wouters的Black Hat会上演讲结束后，星链方面发布了一份六页的PDF，解释了其系统保护思路。文章提到，“我们意识到这是一种令人印象深刻的高水平攻击思路，也是我们在系统中发现的首例此类攻击。这让我们意识到，能够物理侵入星链终端的攻击者可以借此夺取访问权限、实施恶意活动。因此，我们将依靠「最低权限」设计原则限制这类攻击对广泛系统造成的影响。”星链项目方重申，此攻击需要对用户终端进行物理访问，并强调对安全启动系统注入故障只会影响到当前设备。整个星链系统的其余部分不会因此受到影响。“普通星链用户无需担心受此攻击影响，也无需采取任何应对措施。”

参考资料：wired.com

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