Wireless Sensors Security. Claude Castelluccia PLANETE, INRIA 2010

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1 Wireless Sensors Security Claude Castelluccia PLANETE, INRIA 2010

2 Wireless Sensor Networks Wireless Sensor Networks are: Composed of many self-organizing nodes randomly deployed Each sensor has sensing (temperature, pressure, humidity, etc.) and communication capabilities Ultimate aim is to carry the sensed data towards a (off-line or online) sink node + + = Computation Sensing Wireless Communication 2

3 Architecture Type (Micaz Node) RAM: Data memory- 4KOctets ROM/Flash: program memory- 128kOctets External Flash: 512KB Processeur: Atmel AVR Atmega bit / 8MHz

4 Network Architecture Tree-based architecture Nodes are leaves and intermediate nodes BS is the root

5 Applications Interactive VR Game Environmental Monitoring Wearable Computing Disaster Recovery Earth Science & Exploration Immerse Environments Wireless Sensor Networks Hazard Detection Military Surveillance Linear Structure Protection Smart Evironment Road Safety

6 Emerging Applications Military Applications VigilNet: Energy efficient military surveillance (UVA) Shooter Localization: Locate the snipers (Vanderbilt) Tagging Red Force: Tracking enemies (Notre Dame) Civilian Applications Great Duck Island: Environmental Monitoring: (Berkeley) Wisden: Structure Monitoring (UCLA) Assisted Living: Eldercare Technologies (UVA) Commercial Applications Implantable Medical Sensors: Medtronic, Boston Scientific Hazardous Factory, Home monitoring: Honeywell, United Technology

7 Is WSN Security~Computer Security? No! Then why? Limited Memory (4KB RAM) Limited Processing Power Computation Limited Energy (2x1.5V) High Possibility of Tampering and Physical Attacks Deployed in hostile environments Very dynamic: addition and deletion of sensor nodes after deployment to replace failing and unreliable nodes 7

8 What we want to achieve... M value time (x,y,z) M M M M M 8

9 Our scenario closely resembles to... ATTACKER NETWORK 9

10 WSN Security (2).. Problèmes très divers selon applications Intégrité/confidentialité des données Protocoles d échange de clefs efficaces Sachant que crypto a clef publique n est pas possible Sécurité du routage Sécurité des problèmes de localisation Agrégation sécurisée.. Illustrations 1. Medical applications: e.g pacemakers 1 ou 2 nodes Nodes hard to access and physically compromize. Cost is not a big issue 2. Monitoring applications 100, nodes Nodes hard to access and physically compromize Cost is a big issue.

11 Application#1: Les Implants Medicaux De plus en plus d implants médicaux possèdent des interfaces sans fil Permet de configurer Permet de stocker et récupérer des informations (mesures) Permet de surveiller a distance

12 Application #1: Les Implants Médicaux Les implants cardiaques (défibrillateurs, pacemakers) en sont un bon exemple Stimulateur Cardiaque (Pacemaker): émet périodiquement des petits stimulis électriques au coeur Défibrillateur: émet des stimulis plus puissants pour restaurer un rythme normal

13 Les implants médicaux: Pacemakers/défibrillateurs Systèmes Actuels Ultra-low-power CPU ko. RAM (donnée patient, log, ) Communication par induction Portée faible Contact avec patient Bande passante limitée Nouveaux systèmes Portée de qq mètres (~2m) Permet surveillance a distance des patients Facilite la programmation et installation Bande passante plus importante (~400 kbits/s) Permet de nouvelles applications Diminue le temps de consultation

14 Les implants medicaux: Nouvelles Applications problèmes de confidentialité, intégrité le médecin peut lire les données a distance mais bientôt il pourra les modifier par l Internet!!

15 IMD Security Current systems do not provide any security (access control, integrity, confidentiality, ) Existing attacks [1] Halperin and al., Pacemakers and implantable cardiac defibrillators: Software radio attacks amd zero-power defenses, IEEE Security and Privacy, Oakland, 2008.

16 Existing Attacks [1] Halperin and al., Pacemakers and implantable cardiac defibrillators: Software radio attacks amd zero-power defenses, IEEE Security and Privacy, Oakland, 2008.

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19 Pourquoi ce manque de Sécurité? Juger inutile (par les fabriquants) car nécessite d être proche du patient Mais attaquant peut utiliser un équipement non standard (amplificateur, antenne puissante, ) Voir presentation de Gemalto hier.acces possible a 50cm!! Coûteux en terme de ressource CPU, bande passante, mais surtout énergie! Réduit la durée de vie! Compromis Sécurité/Sureté! La sécurité ne doit pas mettre la vie du patient en danger en cas d urgence! Les attaquants ne doivent pas avoir accès aux données mais les données doivent être disponibles en cas d urgence! Un attaquant ne doit pas pouvoir desactiver l appareil mais un medecin doit absolument le faire en cas d urgence.

20 Sécurité des pacemakers/ Un problème très difficile Authentification des lecteurs Gestion des clefs est difficile? Capteur configuré avec une clef et la clef est donnée au médecin traitant Mais comment faire si le patient voyage ou admit d urgence? Carte a puce? Pas de solution idéale!! Comment révoquer des lecteurs? PKI?

21 Sécuriser les Pacemakers (2) Comment éviter les attaques de type déni de service?? Cryptographie/Sécurité Coûte cher en terme d énergie Un attaquant pourrait émettre des fausses requêtes d authentification/ autorisation Le capteur consommerait sa pile pour rien

22 Possible solutions: Proximity-Based Access Control for IMD (Implantable Medical Devices) CCS 09

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28 Why Ultra Sound? Radio signals are too fast v = c/n (c is the speed of light and n is the refractive index of the media where a radio siganl is traveling) C= km/s; refract. Index of air~1 => V~ km/s Distance = time*v. A small variation in time implies a large distance variation Sound is much slower V ~ 1230km/s ~ 340m/s

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35 DoS Attack Although a malicious user cannot get access to the pacemaker He can perform a DoS attack by sending bogus messages The pacemaker will perform computation And exhaust its battery

36 Solution contre DoS: Défense passive! Combiner RFID/Capteurs RFID (passive) sert de parefeu RFID implémente le contrôle d accès et vérifie que le lecteur est autorise Si le lecteur est autorisé alors il peut communiquer avec le capteur sinon le RFID bloque l accès Comme RFID est passive, il ne consomme pas d énergie Le RFID pourrait émettre un son/vibration pour avertir le patient de l interaction R =RC5(SK,N) 1 2 Lecteur Externe Controle d acces/ RFID Lecteur Implant/Pacemaker Auth (ID,N) R 3 accept RFID 4 R =? RC5(SK,N)

37 Idea already implemented in Wireless Car keys 433 MHz Antenna? TI TMS 37126* 130 khz passive RFID 433MHz radio + MCU 130KHz antenna/coil 37