Wireless Sensors Security

Wireless Sensors
Security
Claude Castelluccia
PLANETE, INRIA
2010
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
Architecture Type (Micaz Node)
•  RAM:
–  Data memory4KOctets
•  ROM/Flash:
–  program memory128kOctets
•  External Flash:
512KB
•  Processeur:
–  Atmel AVR
Atmega 128 8bit / 8MHz
Network Architecture
•  Tree-based architecture
– Nodes are leaves and intermediate nodes
– BS is the root
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
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
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
What we want to achieve ...
value
time
(x,y,z)



M
M
M

M


M

M
8
Our scenario closely resembles to ...
ATTACKER
NETWORK
9
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, 1000+ nodes
•  Nodes hard to access and physically compromize
•  Cost is a big issue.
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…
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”
Les implants médicaux:
Pacemakers/défibrillateurs
•  Systèmes Actuels
–  Ultra-low-power CPU + 128 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
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!!
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.
Existing Attacks
[1] Halperin and al., Pacemakers and implantable cardiac defibrillators: Software radio
attacks amd zero-power defenses, IEEE Security and Privacy, Oakland, 2008.
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.
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?
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 
Possible solutions:
Proximity-Based Access
Control for IMD (Implantable
Medical Devices)
CCS’09
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= 300.000km/s; refract. Index of air~1 => V~
300.000km/s…
–  Distance = time*v….
–  A small variation in time implies a large
distance variation 
•  Sound is much slower…
–  V ~ 1230km/s ~ 340m/s
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 
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
Lecteur Externe
1
2
Controle d’acces/
RFID
4
3
Implant/Pacemaker
Auth
(ID,N)
R’=RC5(SK,N)
R’
accept
Lecteur
R’ =? RC5(SK,N)
RFID
Idea already implemented in
Wireless Car keys…
433 MHz
Antenna ?
TI TMS 37126*
130 kHz passive
RFID
433MHz radio
+ MCU
130KHz
antenna/coil
37