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理論探討破解POS終端的支付POI是個偽命題
金卡生活 2016-10-19 09:24
1.事件描述
2016年8月3日BlackHat大會（“黑帽”安全技術(shù)大會）上，支付技術(shù)公司NCR的計算機安全研究人員Nir Valtman和Patrick Watson聲稱，發(fā)現(xiàn)美國在磁條卡升級至芯片卡之后存在一個漏洞，并在會上演示了如何劫持零售POS交易，包括使用了EMV標(biāo)準(zhǔn)芯片卡的交易。此后，他們還向與會者提供了一些在現(xiàn)實生活中如何避免此類事件的提示。
兩位研究人員表示，通過簡單修改幾個POS終端設(shè)備中的文件，或者操縱其通信協(xié)議，即可繞過當(dāng)前技術(shù)對POS終端中POI（points of interaction）的保護進行攻擊。他們展示了幾種攻擊POI，主要指密碼鍵盤PIN Pad的方法，此類攻擊主要是通過重寫磁條碼，使它看起來像是一個非芯片卡，繼而采取一直以來針對磁條卡的攻擊方式對芯片卡攻擊。
2.攻擊原理
兩位研究人員發(fā)現(xiàn)，由POS終端的典型支付數(shù)據(jù)流可以看出，當(dāng)前終端內(nèi)存在對POI的弱認(rèn)證問題，交易數(shù)據(jù)不經(jīng)過加密（如下圖）。因此，可以通過在商戶的POS終端插入一個發(fā)起中間人攻擊的軟件shim，完成對POI系統(tǒng)的攻擊。
鑒于此，他們現(xiàn)場演示了通過在POS終端植入shim軟件，可以完成對POI的幾種攻擊方式：
方式一，由shim對POS終端的POI發(fā)起被動中間人攻擊，可以捕獲銀行卡的磁道數(shù)據(jù)或者EMV Tag。通過修改捕獲的磁道數(shù)據(jù)，并以此數(shù)據(jù)制作一張新的卡片，使其表明此卡是磁條卡而沒有芯片，繞過了EMV的“芯片+PIN”保護模式的防偽造優(yōu)勢。我們知道，當(dāng)前芯片卡里還包含一個磁條，但是，磁條會通過某些標(biāo)志位，告訴支付設(shè)備去使用芯片而不使用磁條。
攻擊原理如下圖：
shim軟件獲取到EMV磁道數(shù)據(jù)如下圖：
通過修改圖中磁道信息的褐色部分“201”中第一個數(shù)據(jù)位為“1”，即可使卡片表明自身為磁條卡，繼而進行刷磁條卡交易。
方式二，同方式一，首先對POS終端的POI發(fā)起被動中間人攻擊，獲取卡片磁道信息，然后對POI發(fā)起主動中間人攻擊，無需入侵POI系統(tǒng)，僅通過簡單修改相應(yīng)的文件而使POI設(shè)備向持卡人要求輸入CVV2。
通過中間人攻擊獲取CVV2方法如下圖：
方式三，同方式一，首先對POS終端的POI發(fā)起被動中間人攻擊，獲取卡片磁道信息，然后對POI發(fā)起主動中間人攻擊，無需入侵POI系統(tǒng)，僅通過簡單修改相應(yīng)的文件而使POI設(shè)備向持卡人要求重新輸入PIN，進而獲取到卡片的PIN碼。為了更好地、隱蔽地實施攻擊，攻擊者可以通過向POI實施屏幕注入而覆蓋掉“重新輸入密碼”的屏顯提示，而持卡人往往因無法辨別其真實性而泄露PIN碼。
通過中間人攻擊獲取PIN方法如下圖：
屏幕注入獲取PIN碼示例：
此外，兩位研究人員還給出了其他幾種可能的攻擊方法設(shè)想，如在POS終端直接插入skimmer竊取卡片信息、直接入侵POI系統(tǒng)獲取交易信息等。
3.防范措施
會上，兩位研究員給出了相應(yīng)的防范措施建議。
對于供應(yīng)商和商戶來說，應(yīng)對支付應(yīng)用使用P2PE（點對點加密），包括：僅使用基于硬件的信息加密；利用強加密算法，如AES；防止遠程固件降級至基于軟件的加密；僅允許供應(yīng)商對經(jīng)過制造商官方簽名的屏顯文件進行升級；支付應(yīng)用中離線交易數(shù)據(jù)的加密。
若支付應(yīng)用中的POI不支持P2PE，商戶應(yīng)該要求他們的供應(yīng)商至少使用TLS（或SSLv3）協(xié)議加密，或者將對POI的所有請求消息都進行簽名。
對于顧客來說，應(yīng)注意從不重新輸入PIN；警惕異常的提示；應(yīng)該更傾向于使用基于APP的支付系統(tǒng)，而不是直接使用卡片進行支付。
4.安全性分析
攻擊者能夠?qū)崿F(xiàn)對POI系統(tǒng)的攻破，主要原因在于以下兩點：
一是主要的支付終端機器制造商都宣稱他們給零售商的機器提供了點對點加密，但是，這取決于零售商和他們的合作伙伴是否打開它。目前，零售商專注于保護支持他們的支付系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，而忽略了安全問題，這使得持卡人的卡和支付終端之間的交易數(shù)據(jù)是未進行加密的，任何侵入系統(tǒng)的黑客都可直接讀取到靜態(tài)交易數(shù)據(jù)明文，這些數(shù)據(jù)中就包括持卡人EMV卡/磁條卡的磁道數(shù)據(jù)。
二是以直接讀取到EMV芯片卡的卡片信息。
基于上述兩個因素，攻擊者可以繞過EMV對芯片卡的保護，較為輕易地獲取到EMV卡信息，并進一步通過其他手段騙取持卡人的PIN碼或CVV2等重要信息。
5.三點分析擊破偽命題
經(jīng)過我們分析，認(rèn)為此種攻擊方法具有局限性，并不一定能夠真正實現(xiàn)卡片的盜刷，主要體現(xiàn)在以下三點：
一是此類攻擊中的“方式一”只在離線設(shè)備上起作用，即只能用于離線交易。離線終端不連接網(wǎng)絡(luò)進行實時雙向認(rèn)證，僅進行單向認(rèn)證。原因是離線終端不連接網(wǎng)絡(luò)進行實時認(rèn)證，而是隔一段時間進行批量認(rèn)證。美國沒有離線設(shè)備，但在一些國家仍可以見到，因此，此種攻擊受場景限制而較難實現(xiàn)。
二是此類攻擊依賴于磁條信息而不是EMV芯片，在不支持刷磁條卡或者不支持降級的交易設(shè)備上，無法實現(xiàn)盜刷卡行為。
三是僅通過改變磁條中的數(shù)據(jù)可能會欺騙到交易終端，但在后端，系統(tǒng)將拒絕交易。這是因為攻擊者捕獲到的信息為靜態(tài)卡交易信息，沒有用到EMV系統(tǒng)，以整個付款流程來看，EMV系統(tǒng)中存在著一定的措施來減輕這類攻擊，能夠保證僅僅從芯片卡中讀取信息，而不足以創(chuàng)建一個有效的磁條卡。
可以設(shè)想攻擊者的盜刷場景為：在非離線交易下，攻擊者利用植入shim軟件的POS終端實現(xiàn)對EMV芯片卡的信息盜用，進而進行卡盜刷，然而由于EMV后臺系統(tǒng)對此筆交易認(rèn)證不通過，最終將導(dǎo)致交易失敗。由此可見，持卡人在非離線交易場景下，無需過度擔(dān)心芯片卡的安全問題，新一代芯片卡系統(tǒng)會做相應(yīng)的風(fēng)險管理措施以保障持卡人的交易安全。
6.安全建議
持卡人在持EMV標(biāo)準(zhǔn)芯片卡進行POS交易時，當(dāng)然希望交易是安全可信賴的，經(jīng)過作者對此類攻擊方式的解讀與分析，可知此類攻擊在現(xiàn)實生活中很難實現(xiàn)。但是，我們注意到，由于POS終端內(nèi)部存在對POI的弱認(rèn)證問題，交易數(shù)據(jù)不經(jīng)過加密，因此造成了持卡人芯片卡與交易數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險，這是需要引起注意的一個問題。此外，在POS終端布放的環(huán)節(jié)中，存在零售商可能不打開點對點加密功能的問題，因此加強對零售商及其合作伙伴的監(jiān)控管理也是必要的。我們還注意到，離線交易可能會為不法分子提供理想的盜刷環(huán)境，商家要盡可能避免使用離線交易，對于顧客來說，在離線交易場景下要額外注意個人芯片卡相關(guān)信息（包括CVV2碼、PIN碼等）的安全。
作者供職于中國銀聯(lián)電子支付研究院