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Text File  |  1992-09-26  |  15KB  |  284 lines

  1.  
  2.                                ==Phrack Inc.==
  3.  
  4.                    Volume Two, Issue Eleven, Phile #9 of 12
  5.  
  6.   --------------------------------------------------------------------------
  7.      The following is reprinted from the November 1985 issue of Personal
  8.      Communications Technology magazine by permission of the authors and
  9.      the publisher, FutureComm Publications Inc., 4005 Williamsburg Ct.,
  10.      Fairfax, VA  22032, 703/352-1200.
  11.  
  12.      Copyright 1985 by FutureComm Publications Inc.   All rights reserved.
  13.   --------------------------------------------------------------------------
  14.  
  15.  
  16.               THE ELECTRONIC SERIAL NUMBER: A CELLULAR 'SIEVE'?
  17.                   'SPOOFERS' CAN DEFRAUD USERS AND CARRIERS
  18.  
  19.     by Geoffrey S. Goodfellow, Robert N. Jesse, and Andrew H. Lamothe, Jr.
  20.  
  21.  
  22. What's the greatest security problem with cellular phones? Is it privacy of
  23. communications?  No.
  24.  
  25. Although privacy is a concern, it will pale beside an even greater problem:
  26. spoofing.
  27.  
  28. 'Spoofing' is the process through which an agent (the 'spoofer') pretends to
  29. be somebody he isn't by proffering false identification, usually with intent
  30. to defraud.  This deception, which cannot be protected against using the
  31. current U.S. cellular standards, has the potential to create a serious
  32. problem--unless the industry takes steps to correct some loopholes in the
  33. present cellular standards.
  34.  
  35. Compared to spoofing, the common security concern of privacy is not so severe.
  36. Most cellular subscribers would, at worst, be irked by having their
  37. conversational privacy violated.  A smaller number of users might actually
  38. suffer business or personal harm if their confidential exchanges were
  39. compromised.  For them, voice encryption equipment is becoming increasingly
  40. available if they are willing to pay the price for it.
  41.  
  42. Thus, even though technology is available now to prevent an interloper from
  43. overhearing sensitive conversations, cellular systems cannot--at any
  44. cost--prevent pirates from charging calls to any account. This predicament is
  45. not new to the industry.  Even though cellular provides a modern,
  46. sophisticated quality mobile communications service, it is not fundamentally
  47. much safer than older forms of mobile telephony.
  48.  
  49. History of Spoofing Vulnerability
  50.  
  51. The earliest form of mobile telephony, unsquelched manual Mobile Telephone
  52. Service (MTS), was vulnerable to interception and eavesdropping.  To place a
  53. call, the user listened for a free channel.  When he found one, he would key
  54. his microphone to ask for service: 'Operator, this is Mobile 1234; may I
  55. please have 555-7890.'  The operator knew to submit a billing ticket for
  56. account number 1234 to pay for the call.  So did anybody else listening to the
  57. channel--hence the potential for spoofing and fraud.
  58.  
  59. Squelched channel MTS hid the problem only slightly because users ordinarily
  60. didn't overhear channels being used by other parties.  Fraud was still easy
  61. for those who turned off the squelch long enough to overhear account numbers.
  62.  
  63. Direct-dial mobile telephone services such as Improved Mobile Telephone
  64. Service (IMTS) obscured the problem a bit more because subscriber
  65. identification was made automatically rather than by spoken exchange between
  66. caller and operator.  Each time a user originated a call, the mobile telephone
  67. transmitted its identification number to the serving base station using some
  68. form of Audio Frequency Shift Keying (AFSK), which was not so easy for
  69. eavesdroppers to understand.
  70.  
  71. Committing fraud under IMTS required modification of the mobile--restrapping
  72. of jumpers in the radio unit, or operating magic keyboard combinations in
  73. later units--to reprogram the unit to transmit an unauthorized identification
  74. number. Some mobile control heads even had convenient thumb wheel switches
  75. installed on them to facilitate easy and frequent ANI (Automatic Number
  76. Identification) changes.
  77.  
  78. Cellular Evolution
  79.  
  80. Cellular has evolved considerably from these previous systems.  Signaling
  81. between mobile and base stations uses high-speed digital techniques and
  82. involves many different types of digital messages.  As before, the cellular
  83. phone contains its own Mobile Identification Number (MIN), which is programmed
  84. by the seller or service shop and can be changed when, for example, the phones
  85. sold to a new user.  In addition, the U.S. cellular standard incorporates a
  86. second number, the 'Electronic Serial Number' (ESN), which is intended to
  87. uniquely and permanently identify the mobile unit.
  88.  
  89. According to the Electronic Industries Association (EIA) Interim Standard
  90. IS-3-B, Cellular System Mobile Station--Land Station Compatibility
  91. Specification (July 1984), 'The serial number is a 32-bit binary number that
  92. uniquely identifies a mobile station to any cellular system.  It must be
  93. factory-set and not readily alterable in the field.  The circuitry that
  94. provides the serial number must be isolated from fraudulent contact and
  95. tampering.  Attempts to change the serial number circuitry should render the
  96. mobile station inoperative.'
  97.  
  98. The ESN was intended to solve two problems the industry observed with its
  99. older systems.
  100.  
  101. First, the number of subscribers that older systems could support fell far
  102. short of the demand in some areas, leading groups of users to share a single
  103. mobile number (fraudulently) by setting several phones to send the same
  104. identification.  Carriers lost individual user accountability and their means
  105. of predicting and controlling traffic on their systems.
  106.  
  107. Second, systems had no way of automatically detecting use of stolen equipment
  108. because thieves could easily change the transmitted identification.
  109.  
  110. In theory, the required properties of the ESN allow cellular systems to check
  111. to ensure that only the correctly registered unit uses a particular MIN, and
  112. the ESNs of stolen units can be permanently denied service ('hot-listed').
  113. This measure is an improvement over the older systems, but vulnerabilities
  114. remain.
  115.  
  116. Ease of ESN Tampering
  117.  
  118. Although the concept of the unalterable ESN is laudable in theory, weaknesses
  119. are apparent in practice.  Many cellular phones are not constructed so that
  120. 'attempts to change the serial number circuitry renders the mobile station
  121. inoperative.'  We have personally witnessed the trivial swapping of one ESN
  122. chip for another in a unit that functioned flawlessly after the switch was
  123. made.
  124.  
  125. Where can ESN chips be obtained to perform such a swap?  We know of one recent
  126. case in the Washington, D.C. area in which an ESN was 'bought' from a local
  127. service shop employee in exchange for one-half gram of cocaine.  Making the
  128. matter simpler, most manufacturers are using industry standard Read-Only
  129. Memory (ROM) chips for their ESNs, which are easily bought and programmed or
  130. copied.
  131.  
  132. Similarly, in the spirit of research, a west coast cellular carrier copied the
  133. ESN from one manufacturer's unit to another one of the same type and
  134. model--thus creating two units with the exact same identity.
  135.  
  136. The ESN Bulletin Board
  137.  
  138. For many phones, ESN chips are easy to obtain, program, and install.  How does
  139. a potential bootlegger know which numbers to use?  Remember that to obtain
  140. service from a system, a cellular unit must transmit a valid MIN (telephone
  141. number) and (usually) the corresponding serial number stored in the cellular
  142. switch's database.
  143.  
  144. With the right equipment, the ESN/MIN pair can be read right off the air
  145. because the mobile transmits it each time it originates a call.  Service shops
  146. can capture this information using test gear that automatically receives and
  147. decodes the reverse, or mobile-to-base, channels.
  148.  
  149. Service shops keep ESN/MIN records on file for units they have sold or
  150. serviced, and the carriers also have these data on all of their subscribers.
  151. Unscrupulous employees could compromise the security of their customers'
  152. telephones.
  153.  
  154. In many ways, we predict that 'trade' in compromised ESN/MIN pairs will
  155. resemble what currently transpires in the long distance telephone business
  156. with AT&T credit card numbers and alternate long-distance carrier (such as
  157. MCI, Sprint and Alltel) account codes.  Code numbers are swapped among
  158. friends, published on computer 'bulletin boards' and trafficked by career
  159. criminal enterprises.
  160.  
  161. Users whose accounts are being defrauded might--or might not--eventually
  162. notice higher-than-expected bills and be reassigned new numbers when they
  163. complain to the carrier.  Just as in the long distance business, however, this
  164. number 'turnover' (deactivation) won't happen quickly enough to make abuse
  165. unprofitable.  Catching pirates in the act will be even tougher than it is in
  166. the wireline telephone industry because of the inherent mobility of mobile
  167. radio.
  168.  
  169. Automating Fraud
  170.  
  171. Computer hobbyists and electronics enthusiasts are clever people.  Why should
  172. a cellular service thief 'burn ROMs' and muck with hardware just to install
  173. new IDs in his radio?  No Herculean technology is required to 'hack' a phone
  174. to allow ESN/MIN programming from a keyboard, much like the IMTS phone thumb
  175. wheel switches described above.
  176.  
  177. Those not so technically inclined may be able to turn to mail-order
  178. entrepreneurs who will offer modification kits for cellular fraud, much as
  179. some now sell telephone toll fraud equipment and pay-TV decoders.
  180.  
  181. At least one manufacturer is already offering units with keyboard-programmable
  182. MINs.  While intended only for the convenience of dealers and service shops,
  183. and thus not described in customer documentation, knowledgeable and/or
  184. determined end users will likely learn the incantations required to operate
  185. the feature.  Of course this does not permit ESN modification, but easy MIN
  186. reprogrammability alone creates a tremendous liability in today's roaming
  187. environment.
  188.  
  189. The Rolls Royce of this iniquitous pastime might be a 'Cellular Cache-Box.' It
  190. would monitor reverse setup channels and snarf ESN/MIN pairs off the air,
  191. keeping a list in memory.  Its owner could place calls as on any other
  192. cellphone.  The Cache-Box would automatically select an ESN/MIN pair from its
  193. catalog, use it once and then discard it, thus distributing its fraud over
  194. many accounts.  Neither customer nor service provider is likely to detect the
  195. abuse, much less catch the perpetrator.
  196.  
  197. As the history of the computer industry shows, it is not far-fetched to
  198. predict explosive growth in telecommunications and cellular that will bring
  199. equipment prices within reach of many experimenters.  Already we have seen the
  200. appearance of first-generation cellular phones on the used market, and new
  201. units can be purchased for well under $1000 in many markets.
  202.  
  203. How High The Loss?
  204.  
  205. Subscribers who incur fraudulent charges on their bills certainly can't be
  206. expected to pay them.  How much will fraud cost the carrier?  If the charge is
  207. for home-system airtime only, the marginal cost to the carrier of providing
  208. that service is not as high as if toll charges are involved.  In the case of
  209. toll charges, the carrier suffers a direct cash loss.  The situation is at its
  210. worst when the spoofer pretends to be a roaming user.  Most inter-carrier
  211. roaming agreements to date make the user's home carrier (real or spoofed)
  212. responsible for charges, who would then be out hard cash for toll and airtime
  213. charges.
  214.  
  215. We have not attempted to predict the dollar losses this chicanery might
  216. generate because there isn't enough factual information information for anyone
  217. to guess responsibly.  Examination of current estimates of long-distance-toll
  218. fraud should convince the skeptic.
  219.  
  220. Solutions
  221.  
  222. The problems we have described are basically of two types.  First, the ESN
  223. circuitry in most current mobiles is not tamper-resistant, much less
  224. tamper-proof.  Second and more importantly, the determined perpetrator has
  225. complete access to all information necessary for spoofing by listening to the
  226. radio emissions from valid mobiles because the identification information
  227. (ESN/MIN) is not encrypted and remains the same with each transmission.
  228.  
  229. Manufacturers can mitigate the first problem by constructing mobiles that more
  230. realistically conform to the EIA requirements quoted above.  The second
  231. problem is not beyond solution with current technology, either.  Well-known
  232. encryption techniques would allow mobiles to identify themselves to the
  233. serving cellular system without transmitting the same digital bit stream each
  234. time.  Under this arrangement, an interloper receiving one transmission could
  235. not just retransmit the same pattern and have it work a second time.
  236.  
  237. An ancillary benefit of encryption is that it would reasonably protect
  238. communications intelligence--the digital portion of each transaction that
  239. identifies who is calling whom when.
  240.  
  241. The drawback to any such solution is that it requires some re-engineering in
  242. the Mobile-Land Station Compatibility Specification, and thus new software or
  243. hardware for both mobiles and base stations.  The complex logistics of
  244. establishing a new standard, implementing it, and retrofitting as much of the
  245. current hardware as possible certainly presents a tough obstacle, complicated
  246. by the need to continue supporting the non-encrypted protocol during a
  247. transition period, possibly forever.
  248.  
  249. The necessity of solving the problem will, however, become apparent.  While we
  250. presently know of no documented cases of cellular fraud, the vulnerability of
  251. the current standards and experience with similar technologies lead us to
  252. conclude that it is inevitable.  Failure to take decisive steps promptly will
  253. expose the industry to a far more expensive dilemma.  XXX
  254.  
  255.  
  256. Geoffrey S. Goodfellow is a member of the senior research staff in the
  257. Computer Science Laboratory at SRI International, 333 Ravenswood Ave., Menlo
  258. Park, CA 94025, 415/859-3098.  He is a specialist in computer security and
  259. networking technology and is an active participant in cellular industry
  260. standardization activities.  He has provided Congressional testimony on
  261. telecommunications security and privacy issues and has co-authored a book on
  262. the computer 'hacking' culture.
  263.  
  264. Robert N. Jesse (2221 Saint Paul St., Baltimore, MD 21218, 301/243-8133) is an
  265. independent consultant with expertise in security and privacy, computer
  266. operating systems, telecommunications and technology management.  He is an
  267. active participant in cellular standardization efforts.  He was previously a
  268. member of the senior staff at The Johns Hopkins University, after he obtained
  269. his BES/EE from Johns Hopkins.
  270.  
  271. Andrew H. Lamothe, Jr. is executive vice-president of engineering at Cellular
  272. Radio Corporation, 8619 Westwood Center Dr., Vienna, VA 22180, 703/893-2680.
  273. He has played a leading role internationally in cellular technology
  274. development.  He was with Motorola for 10 years prior to joining American
  275. TeleServices, where he designed and engineered the Baltimore/Washington market
  276. trial system now operated by Cellular One.
  277.    --------
  278.  
  279.  
  280. A later note indicates that one carrier may be losing something like $180K per
  281. month....
  282. Downloaded From P-80 International Information Systems 304-744-2253 12yrs+
  283.