低電力広域ネットワーク

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はじめに

低電力広域ネットワーク (LPWAN) は、低ビットレートでの長距離通信を目的とした無線の低電力広域ネットワーク技術のグループです。 これらは6マイル以上の距離に到達でき、バッテリーは20年まで持続することができます。

ロングレンジ (LoRa) は、現在最も展開されているLPWANの物理層であり、そのオープンなMAC層仕様はLoRaWANです。

LPWAN、LoRa、およびLoRaWAN

• LoRa – Semtechによって開発されたチャープスプレッドスペクトル (CSS) 物理層（独自だが文書化されている）。
• LoRaWAN – LoRa-Allianceによって維持されているオープンなMAC/ネットワーク層。バージョン1.0.xおよび1.1が現場で一般的です。
• 典型的なアーキテクチャ: エンドデバイス → ゲートウェイ (パケットフォワーダー) → ネットワークサーバー → アプリケーションサーバー。

セキュリティモデルは、ジョイン手続き中にセッションキーを導出する2つのAES-128ルートキー (AppKey/NwkKey) に依存しています (OTAA) またはハードコーディングされています (ABP)。いずれかのキーが漏洩すると、攻撃者は対応するトラフィックに対して完全な読み書き権限を得ます。

攻撃面の概要

最近の脆弱性 (2023-2025)

• CVE-2024-29862 – ChirpStack gateway-bridge & mqtt-forwarder が、Kerlinkゲートウェイ上のステートフルファイアウォールルールをバイパスするTCPパケットを受け入れ、リモート管理インターフェースの露出を許可しました。4.0.11 / 4.2.1で修正されました。
• Dragino LG01/LG308シリーズ – 2022-2024年の複数のCVE（例: 2022-45227 ディレクトリトラバーサル、2022-45228 CSRF）が2025年でも未修正のまま観察されており、数千の公共ゲートウェイで認証なしのファームウェアダンプまたは設定の上書きを可能にします。
• Semtech パケットフォワーダーUDP オーバーフロー（未発表のアドバイザリー、2023-10にパッチ適用）：255 Bを超えるアップリンクを作成するとスタックスマッシュが引き起こされ、SX130xリファレンスゲートウェイでのRCEが発生しました（Black Hat EU 2023 “LoRa Exploitation Reloaded”で発見）。

実践的な攻撃技術

1. トラフィックのスニッフィングと復号

# Capture all channels around 868.3 MHz with an SDR (USRP B205)
python3 lorattack/sniffer.py \
--freq 868.3e6 --bw 125e3 --rate 1e6 --sf 7 --session smartcity

# Bruteforce AppKey from captured OTAA join-request/accept pairs
python3 lorapwn/bruteforce_join.py --pcap smartcity.pcap --wordlist top1m.txt

2. OTAAジョインリプレイ（DevNonce再利用）

1. 正当な JoinRequest をキャプチャします。
2. 元のデバイスが再度送信する前に、すぐに再送信します（またはRSSIを増加させます）。
3. ネットワークサーバーは新しいDevAddrとセッションキーを割り当てますが、ターゲットデバイスは古いセッションを続行します → 攻撃者は空いているセッションを所有し、偽のアップリンクを注入できます。

3. 適応データレート（ADR）ダウングレード

SF12/125 kHzを強制してエアタイムを増加させます → ゲートウェイのデューティサイクルを枯渇させます（サービス拒否）し、攻撃者へのバッテリーへの影響を低く保ちます（ネットワークレベルのMACコマンドを送信するだけ）。

4. 反応的ジャミング

HackRF One がGNU Radioフローフローグラフを実行し、プレアンブルが検出されると広帯域のチープをトリガーします – ≤200 mW TXで全てのスプレッディングファクターをブロックします；2 kmの範囲で完全なアウトageが測定されました。

攻撃的ツール（2025）

防御推奨事項（ペンテスターチェックリスト）

1. 真のランダムDevNonceを持つOTAAデバイスを優先し、重複を監視します。
2. LoRaWAN 1.1を強制します：32ビットフレームカウンター、異なるFNwkSIntKey / SNwkSIntKey。
3. フレームカウンターを不揮発性メモリ（ABP）に保存するか、OTAAに移行します。
4. ルートキーをファームウェア抽出から保護するためにセキュアイレメント（ATECC608A/SX1262-TRX-SE）を展開します。
5. リモートUDPパケットフォワーダーポート（1700/1701）を無効にするか、WireGuard/VPNで制限します。
6. ゲートウェイを最新の状態に保ちます；Kerlink/Draginoは2024年パッチ済みのイメージを提供します。
7. トラフィック異常検出（例：LAFアナライザー）を実装します – カウンターリセット、重複ジョイン、突然のADR変更をフラグします。

参考文献

• LoRaWAN監査フレームワーク（LAF） – https://github.com/IOActive/laf
• Trend Micro LoRaPWNの概要 – https://www.hackster.io/news/trend-micro-finds-lorawan-security-lacking-develops-lorapwn-python-utility-bba60c27d57a