저전력 광역 네트워크

소개

저전력 광역 네트워크 (LPWAN)는 저비트 전송을 위한 장거리 통신을 설계한 무선 저전력 광역 네트워크 기술 그룹입니다. 이들은 6마일 이상 도달할 수 있으며, 배터리는 최대 20년까지 지속될 수 있습니다.

Long Range (LoRa)는 현재 가장 많이 배포된 LPWAN 물리 계층이며, 그 개방형 MAC 계층 사양은 LoRaWAN입니다.

LPWAN, LoRa 및 LoRaWAN

• LoRa – Semtech에 의해 개발된 Chirp Spread Spectrum (CSS) 물리 계층 (독점적이지만 문서화됨).
• LoRaWAN – LoRa-Alliance에서 유지 관리하는 개방형 MAC/네트워크 계층. 1.0.x 및 1.1 버전이 현장에서 일반적입니다.
• 전형적인 아키텍처: 엔드 장치 → 게이트웨이 (패킷 포워더) → 네트워크 서버 → 애플리케이션 서버.

보안 모델은 조인 절차 (OTAA) 중 세션 키를 파생하는 두 개의 AES-128 루트 키 (AppKey/NwkKey)에 의존합니다. 키가 유출되면 공격자는 해당 트래픽에 대한 전체 읽기/쓰기 권한을 얻습니다.

공격 표면 요약

최근 취약점 (2023-2025)

• CVE-2024-29862 – ChirpStack gateway-bridge 및 mqtt-forwarder가 Kerlink 게이트웨이에서 상태 저장 방화벽 규칙을 우회하는 TCP 패킷을 수용하여 원격 관리 인터페이스 노출을 허용했습니다. 각각 4.0.11 / 4.2.1에서 수정됨.
• Dragino LG01/LG308 시리즈 – 2022-2024년 동안 여러 CVE (예: 2022-45227 디렉토리 탐색, 2022-45228 CSRF)가 2025년에도 여전히 패치되지 않은 것으로 관찰됨; 수천 개의 공용 게이트웨이에서 인증되지 않은 펌웨어 덤프 또는 구성 덮어쓰기를 활성화함.
• Semtech 패킷 포워더 UDP 오버플로우 (발표되지 않음, 2023-10 패치): 255 B보다 큰 업링크가 스택 스매시를 유발하여 SX130x 참조 게이트웨이에 대한 RCE를 발생시킴 (Black Hat EU 2023 “LoRa Exploitation Reloaded”에서 발견됨).

실용적인 공격 기술

1. 트래픽 스니핑 및 복호화

# 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 조인 재전송 (DevNonce 재사용)

1. 합법적인 JoinRequest를 캡처합니다.
2. 원래 장치가 다시 전송하기 전에 즉시 재전송합니다 (또는 RSSI를 증가시킵니다).
3. 네트워크 서버는 새로운 DevAddr 및 세션 키를 할당하는 동안 대상 장치는 이전 세션을 계속 사용합니다 → 공격자는 비어 있는 세션을 소유하고 위조된 업링크를 주입할 수 있습니다.

3. 적응형 데이터 전송 속도 (ADR) 다운그레이드

SF12/125 kHz를 강제로 설정하여 공중 시간을 증가시킵니다 → 게이트웨이의 듀티 사이클을 소진시킵니다 (서비스 거부) 동시에 공격자에게 배터리 영향을 낮게 유지합니다 (네트워크 수준 MAC 명령만 전송).

4. 반응형 재밍

HackRF One이 GNU Radio 흐름 그래프를 실행하여 프리앰블이 감지될 때마다 광대역 칩을 트리거합니다 – ≤200 mW TX로 모든 확산 계수를 차단합니다; 2 km 범위에서 전체 중단이 측정됩니다.

공격 도구 (2025)

방어 권장 사항 (펜테스터 체크리스트)

1. 진정으로 무작위 DevNonce를 가진 OTAA 장치를 선호합니다; 중복을 모니터링합니다.
2. LoRaWAN 1.1을 시행합니다: 32비트 프레임 카운터, 구별된 FNwkSIntKey / SNwkSIntKey.
3. 프레임 카운터를 비휘발성 메모리 (ABP)에 저장하거나 OTAA로 마이그레이션합니다.
4. 루트 키를 펌웨어 추출로부터 보호하기 위해 보안 요소 (ATECC608A/SX1262-TRX-SE)를 배포합니다.
5. 원격 UDP 패킷 포워더 포트 (1700/1701)를 비활성화하거나 WireGuard/VPN으로 제한합니다.
6. 게이트웨이를 업데이트 상태로 유지합니다; Kerlink/Dragino는 2024년 패치된 이미지를 제공합니다.
7. 트래픽 이상 탐지 (예: LAF 분석기)를 구현합니다 – 카운터 리셋, 중복 조인, 갑작스러운 ADR 변경을 플래그합니다.

References

• LoRaWAN Auditing Framework (LAF) – https://github.com/IOActive/laf
• Trend Micro LoRaPWN 개요 – https://www.hackster.io/news/trend-micro-finds-lorawan-security-lacking-develops-lorapwn-python-utility-bba60c27d57a