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Cuando las ballenas vuelan (episodio II) – Creando un entorno de análisis GSM usando Docker (parte 1)

Esta entrada surge inspirada por ésta otra de Fox Glove Security: When Whales Fly – Building a Wireless Pentest Environment using Docker donde se explica cómo utilizar contenedores Docker para hacer más fácil el uso de algunas herramientas de pentesting WiFi. En este caso lo que se ha querido “contenizar” son herramientas para analizar comunicaciones GSM.

Aunque en esa entrada hay un excelente resumen sobre contenedores, Docker, imágenes y la filosofía de trabajo, aquí rescatamos algunos aspectos importantes para los que no sepan de que va el tema:

  • A nivel usuario, Docker (o LXC) no deja de comportarse como una especie de hypervisor, aunque son conceptos diferentes. Una analogía que me ayudó a entender la diferencia en el aislamiento que proporcionan es: cuando se virtualiza con un hypervisor “clásico” las máquinas virtuales son como casa individuales; los contenedores, en cambio, se parecen más a los apartamentos de un mismo edificio (Containers are not VMs).
  • Docker es el motor sobre el que corren los contenedores y estos comparten recursos, a través del kernel, con el host y con los otros contenedores.
  • Docker permite ejecutar versiones específicas de aplicaciones sin la penalización de rendimiento que suponen las máquinas virtuales.
  • Las imágenes Docker serían el equivalente a los binarios tradicionales en los SO, a partir de ellas se pueden crear contenedores (el equivalente a los procesos en los SO tradicionales).
  • Los contenedores pueden ser efímeros o perdurar tanto como quiera el usuario.
  • Los contenedores se pueden ejecutar de forma interactiva o como servicios.

Toda la información sobre Docker puede encontrarse en su propia sección de documentación:

Software Defined Radio

Contenedor base

El primer paso ha sido crear un contenedor con las herramientas básicas para trabajar con SDRs (Software Defined Radio), como por ejemplo los basados en hardware RTL, y con soporte para ejecutar aplicaciones gráficas aceleradas por hardware. El motivo para crear este contenedor base es poder aprovecharlo a la hora de trabajar con aplicaciones para otros protocolos de radio.

Nota: RTL-SDR es un tipo de SDR muy barato que utiliza dongles USB basados en el xip RTL2832U pensados para ver la TV y escuchar la radio. Mediante los esfuerzos combinados de Antti Palosaari, Eric Fry y Osmocom se descubrió que era posible acceder directamente a los datos de la señal I/Q de estos dispositivos, lo que permitió convertirlos en SDRs mediante un nuevo driver.

El código para crear la imagen Docker está en este repositorio:

Así como ésta ya compilada en Docker Hub:

docker pull pachulo/xenial-gnuradio-rtl-toolkit

Como se puede ver en el Dockerfile la imagen:

Una vez compilada la imagen o descargada de Docker Hub, ya podremos realizar las primeras pruebas: por ejemplo, para comprobar que podemos acceder al dispositivo RTL desde el contenedor, podemos ejecutar el comando rtl_test dentro de un contenedor efímero:

docker run --rm --device=/dev/bus/usb/002 --entrypoint rtl_test pachulo/xenial-gnuradio-rtl-toolkit

Nota: una forma fácil de averiguar en que HUB USB hemos conectado nuestro dispositivo es ejecutar el comando dmesg justo después de conectarlo. Para el ejemplo de arriba me he guiado por esta información:

...
[10891.158562] usb 2-1.3: new high-speed USB device number 14 using ehci-pci
[10891.279033] usb 2-1.3: New USB device found, idVendor=0bda, idProduct=2838
[10891.279039] usb 2-1.3: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[10891.279041] usb 2-1.3: Product: RTL2838UHIDIR
[10891.279043] usb 2-1.3: Manufacturer: Realtek
[10891.279045] usb 2-1.3: SerialNumber: 00000001
...

GR-GSM

Basado en la anterior se ha creado una imagen con gr-gsm, un software basado en GNURadio y cuyo objetivo es (según su propio autor):

The aim is to provide set of tools for receiving information transmitted by GSM equipment/devices.

En el siguiente enlace su pueden obtener los ficheros para compilar la imagen Docker:

Así como ésta ya compilada en Docker Hub:

docker pull pachulo/xenial-gr-gsm

Tal y como se puede observar en el Dockerfile, para crear la imagen se compila el software desde el código fuente y se copian un par de archivos para su correcto funcionamiento.

Antes de poder utilizar la imagen habrá que explicar un par de cosas sobre ejecutar aplicaciones basadas en X11 dentro de contenedores.

Aplicaciones gráficas dentro de contenedores

Ejecutar aplicaciones con GUI dentro de contenedores es un problema que ya se ha abordado anteriormente y para el que existen varias soluciones. Y si queremos obtener aceleración por hardware para utilizar aplicaciones OpenGL (como por ejemplo GNURadio) la cosa se complica un poco más, tal y como se explica en HW accelerated GUI apps on Docker.

Además de todo esto, si el sistema utiliza una tarjeta gráfica NVIDIA con el driver privativo, hará falta instalar en el host nvidia-docker, una utilidad de NVIDIA para crear y ejecutar imágenes Docker con acceso a sus GPUs (el porqué es necesaria la utilidad está explicado en su wiki).

La solución que se ha utilizado para este caso es la siguiente:

  • Antes de crear el contenedor:
  • Y al crearlo:
    • Se monta el nuevo fichero Xauthority dentro del contenedor.
    • Se configura la variable de entorno XAUTH en el contenedor para que apunte al nuevo fichero Xauthority.
    • Se pasa la variable de entorno DISPLAY al contenedor con el mismo valor que la del host.
    • Se monta el fichero que hará de socket X dentro del contenedor.
    • Se monta el fichero de caracteres que representa a la tarjeta gráfica dentro del contenedor (de esto se encarga nvidia-docker para GPUs NVIDIA).

Ya que creo que ofrece suficiente aislamiento: el contenedor solo tendrá acceso de lectura-escritura al socket X y al fichero Xauthority y solo se podrá acceder al servidor X11 con la cookie creada para el nuevo fichero Xauthority, además de funcionar con la aceleración por hardware.

Nota: El contenedor creado funciona en mi máquina Ubuntu, que utiliza una tarjeta NVIDIA y el driver privativo, con nvidia-docker pero lo suyo sería ver si en otros sistemas basados en Linux con gráficas Intel y ATI también funciona (utilizando los drivers basados en MESA en esos casos, tal y como se explica aquí). Los usuarios de Windows y MacOS pueden probar alguna de las cosas que se comentan en este issue de Docker.

gr-gsm livemon

Una vez compilada o descargada la imagen y instalado nvidia-docker en el host ya se podrá realizar alguna prueba, como por ejemplo sintonizar el canal de broadcast (BCCH) de estaciones base próximas con la aplicación grgsm_livemon, ejecutando el siguiente script:

# Video support
XAUTH=/tmp/.docker.xauth
touch $XAUTH
xauth nlist $DISPLAY | sed -e 's/^..../ffff/' | xauth -f $XAUTH nmerge -
XSOCK=/tmp/.X11-unix

# Launch container
nvidia-docker run \
 --volume $XAUTH:$XAUTH \
 --env XAUTHORITY=$XAUTH \
 --env DISPLAY \
 --volume $XSOCK:$XSOCK \
 --env="QT_X11_NO_MITSHM=1" \
 --device=/dev/bus/usb/002 \
 --rm \
 --entrypoint grgsm_livemon \
 pachulo/xenial-gr-gsm

Si todo ha ido bien, se tendría que abrir una ventana como esta:

OsmocomBB

Otra de las imágenes que se ha creado ha sido una con OsmocomBB listo para usar. Toda la información sobre OsmocomBB se puede encontrar en su wiki, pero básicamente:

OsmocomBB is an Free Software / Open Source GSM Baseband software implementation. It
intends to completely replace the need for a proprietary GSM baseband software, such as
– drivers for the GSM analog and digital baseband (integrated and external) peripherals
– the GSM phone-side protocol stack, from layer 1 up to layer 3
In short: By using OsmocomBB on a compatible phone, you will be able
to make and receive phone calls, send and receive SMS, etc. based on Free Software only.

En el siguiente enlace su pueden obtener los ficheros para compilar la imagen Docker:

Así como ésta ya compilada en Docker Hub:

docker pull pachulo/xenial-osmocombb

Nota: Para poder utilizar esta imagen hará falta un teléfono compatible y un cable/adaptador USB-serie.

Cargar firmware y ejecutar la aplicación mobile

Una vez descargada (o compilada) la imagen y conectado el teléfono con el adaptador USB-serie, podemos arrancar un contenedor con la misma:

docker run --device=/dev/ttyUSB0 --rm -it --name test-osmocombb pachulo/xenial-osmocombb

Podemos probar a cargar un firmware en el teléfono ejecutando el comando osmocon dentro del contenedor:

cd /osmocom-bb/src/host/osmocon && ./osmocon -p /dev/ttyUSB0 -m c123xor ../../target/firmware/board/compal_e88/layer1.compalram.bin

Y haciendo una pulsación corta del botón de encendido del teléfono.

Si el firmware se ha cargado de forma correcta, el siguiente paso será conectarnos al contenedor desde otro terminal y ejecutar “mobile”, la implementación de la funcionalidad de un teléfono móvil normal que correrá en el contenedor:

docker exec -ti test-osmocombb /bin/bash
cd /osmocom-bb/src/host/layer23/src/mobile && ./mobile -i 127.0.0.1

Y que nos permitirá conectarnos y interactuar con el teléfono a través de telnet:

docker exec -ti test-osmocombb /bin/bash
telnet 127.0.0.1 4247

Kraken

Otra de las herramientas que se utilizan para el análisis de seguridad de redes GSM es Kraken, un software que:

… allows the ‘cracking’ of A5/1 keys used to secure GSM 2G calls and SMS.

Nota: Para poder ejecutar esta herramienta será necesario un disco de 2TB para almacenar las rainbow tables (y unos 1.8TB de espacio de disco en otro sitio para descargarlas y poder volcarlas luego). Todo el proceso está explicado en Passive GSM interception Part 1. Para el volcado de las tablas se puede utilizar el contenedor.

Los ficheros para compilar la imagen están aquí:

Así como ésta ya compilada en Docker Hub:

docker pull pachulo/xenial-kraken

Para ejecutarla necesitaremos clonar el repositorio:

git clone https://github.com/pachulo/docker-xenial-kraken

Y después ejecutar el contenedor con algo similar a esto:

docker run -ti --rm --device=/dev/disk/by-id/wwn-0x5000c50091dc385d-part2:/dev/xvdc2 -v /media/$USER/DRIZZLECHAIR/kraken/indexes/:/kraken/indexes/ pachulo/xenial-kraken

Conclusión

En la continuación de esta entrada veremos cómo ejecutar algunos escenarios de análisis y ataque en GSM utilizando estos contenedores.


Using LXC containers to (partially) replace Virtual Machines

Note: This post is the first that we write in English and even though till now all of them were written in Spanish, from now on we will publish content in both languages.

It doesn’t matter if it’s for doing pentests or participating in CTFs, preparing Virtual Machines for different systems and tools is a recurrent task.

For full blown virtualization the two main options are Virtual Box and the multiple flavors of VMWare, but (being an Ubuntu fan) I’ve been lately experimenting with LinuX Containers (LXC), a technology for Linux-based systems sometimes described as:

“something in the middle between a chroot and a full fledged virtual machine”

or

“lightweight virtualization technology. They are more akin to an enhanced chroot than to full virtualization like VMware or QEMU. They do not emulate hardware and containers share the same operating system as the host.”

Each option has its advantages and disadvantages:

  • There is almost no overhead in running a container, since everything is managed by the host kernel.
  • LXC containers use the host kernel and they are limited to Linux, so no Windows or OSX containers are feasible.

After this short introduction, in this post I will describe:

  • How to create a Kali-like unprivileged container starting from a Debian container.
  • How to “passthrough” devices to a container, like for example an USB RTL-SDR.
  • How to run GUI applications in a container.
  • Some general tips & tricks.

Everything explained here assumes that you are running an Ubuntu 14.04 (or a 12.04 with the 3.13 kernel) based host using the 1.0.x LXC branch (use this ppa for 12.04).

Most of the information showed here is just a recompilation from all this sources:

Configuring the host

We are gonna need at least to install this packages to host containers:

sudo apt-get install lxc systemd-services uidmap

And to be able to use unprivileged containers, we will have to follow the instructions posted by Stéphane Graber, one of the main maintainers of the project, in this post:

That can be resumed in:

Adding sub-UIDs & sub-GIDs for the current user with the following commands:

sudo usermod --add-subuids 100000-165536 $USER && \
sudo usermod --add-subgids 100000-165536 $USER && \
sudo chmod +x $HOME

Setting the default configuration for LXC in file ~/.config/lxc/default.conf:

lxc.network.type = veth
lxc.network.link = lxcbr0
lxc.network.flags = up
lxc.network.hwaddr = 00:16:3e:xx:xx:xx
lxc.id_map = u 0 100000 65536
lxc.id_map = g 0 100000 65536

And allowing the use of 10 virtual network-interfaces in the non-privileged containers adding this to file /etc/lxc/lxc-usernet:

$USER veth lxcbr0 10

Container creation

Now that our system is ready to create unprivileged containers, we can do create our first one. For example, we can download a image from the official repository to create our container with:

lxc-create --template download --name wheezy-kali

And choose, for this example: debian as distribution, wheezy as release and amd64 as architecture.

Once the image has finished downloading and the container has been created, we can start it in non-interactive mode with:

lxc-start --name wheezy-kali --daemon

And then install some basic packages, like OpenSSH and support for X11 forwarding, directly from the host:

lxc-attach --name wheezy-kali -- apt-get update
lxc-attach --name wheezy-kali -- apt-get dist-upgrade -y
lxc-attach --name wheezy-kali -- apt-get install openssh-server xauth -y

We can list the basic information from containers (like their IPs) with this command:

lxc-ls --fancy

Transforming a Debian container into Kali

To access the container we can use SSH, but first we will need to access it this way:

lxc-attach --name wheezy-kali

And set a password for the root user.

Once connected (or attached) to the Debian container, we can proceed with the apt sources modification, editing the /etc/apt/sources.list file to add the Kali repositories:

#deb [arch=amd64] http://http.debian.net/debian wheezy main contrib non-free
#deb [arch=amd64] http://security.debian.org/ wheezy/updates main contrib non-free
deb [arch=amd64] http://http.kali.org/kali kali main non-free contrib
deb-src http://http.kali.org/kali kali main non-free contrib
deb [arch=amd64] http://security.kali.org/kali-security kali/updates main contrib non-free

And then updating our local copy with:

apt-get update

But an error will tell us that we don’t have the public key ID to verify the signatures of the packages in that repositories, so we should import and add it to apt with these commands:

gpg --keyserver pgp.mit.edu --recv-keys ED444FF07D8D0BF6
gpg --armor --export ED444FF07D8D0BF6 | apt-key add -

If we update the software sources now, the error will be gone and we can finally turn the container into a Kali one:

apt-get update && apt-get install kali-archive-keyring && apt-get dist-upgrade -y

Hardware passthrough

As explained in multiple sources:

To passthrough devices we have to add lines like these ones in the config file of the containers (.local/share/lxc/container_name for unprivileged containers):

lxc.cgroup.devices.allow = c X:* rwm
lxc.mount.entry = /host_dir none bind,optional,create=dir

Using the minor and major nodes of the device/s that we want to grant access to.

Note: To find out the minor and major nodes of a device we can execute this on the host:

ls -lisah /sys/dev/*

For example, for using a RTL-SDR USB inside a container the following lines need to be added:

# RTL-SDR device
lxc.cgroup.devices.allow = c 189:* rwm
lxc.mount.entry = /dev/bus/usb/002 dev/bus/usb/002 none bind,optional,create=dir
lxc.mount.entry = /dev/rtl_sdr dev/rtl_sdr none bind,optional,create=file

Note: In the case of the RTL-SDR we will first have to configure the udev rules in the host system for it to work as a SDR:

And for an USB-to-serial converter I did have to add:

# USB-to-serial device
lxc.cgroup.devices.allow = c 188:0 rw

The only caveat with containers hardware passthrough is that anything that needs a modified kernel will only work if the host Kernel is modified.

Running GUI applications

Apart from running X11 applications trough a SSH we can also do it the “native” way, letting the unprivileged container access to the video-card devices (and even the audio server). For more information check this sources:

Tips & Tricks

Systemd based guests

When trying to containerize systemd based guests (like Arch Linux or Debian Jessie) we will need to use the current version of LXC (1.1.2 as of right now) and additional tools (like lxcfs). To get all those in supported versions of Ubuntu we will need to use the following PPA:

It should be noted that unprivileged containers and systemd are not working flawlessly right now, but as stated here:

More recent Debian is hitting a few systemd issues along the way but it eventually boots and seems functional, this will get resolved as Debian either updates to a more recent systemd or cherry-picks the various container fixes we committed to systemd upstream.

It should improve over time.

Offering network services from a container

To allow a service running inside a container to be reached from a network were the host is connected, we should add an iptables rule like this one in the host:

iptables --table nat --append PREROUTING --protocol tcp --in-interface eth0 --destination-port host_port --jump DNAT --to-destination $CONTAINER_IP:$CONTAINER_PORT

Bug in ZAP starting script (and maybe other Kali applications)

ZAP in Kali contains a bug that prevents it from starting in a host with a kernel different from the one that comes with Kali. In the file /usr/bin/zap the architecture is obtained with:

ARCH=`uname -r|cut -d "-" -f 3`

But a better way would be:

uname -m

But until they fix it (https://bugs.kali.org/view.php?id=2238), we can modify the corresponding comparison for our architecture:

...
-elif [ $ARCH == amd64 ]
+elif [ $ARCH == x86_64 ]
...

Recommended packages (for the forgetful)

In every Debian-based system that I use I like to install some essential packages to fight my poor memory:

apt-get install bash-completion command-not-found