The LTE network has become an essential network with billions of users around the world. However, the data transmission between the base station and User Equipment (UE) over the air interface is insecure because there is almost no security mechanism to protect those data in the physical layer. For example, any unprivileged third party can access the air channel, analyze transmitted messages to break the security and privacy of the network and user. For that reason, monitoring the LTE traffic from the perspective of the unprivileged third party is extremely important for assessing the security and privacy of the LTE network. This can be done using the LTE sniffer. Motivated by the importance of the LTE sniffer, in this work, we aim to develop the uplink-downlink sniffers to fully monitor the LTE traffic in the air interface. In the downlink direction, we implemented a high-performance downlink sniffer that can real-time monitor the downlink traffic. The downlink sniffer supports up-to-date techniques used in the commercial base station and UE. In the uplink direction, we introduced the first open-source uplink sniffer with the ability to real-time decode uplink messages from multiple users. Additionally, combining the uplink and downlink sniffers, we provide 2 practical attack scenarios, including UE localization, and UE identifiers matching attacks.
LTE 이동통신은 전세계 수십억명의 사용자를 보유한 필수 네트워크가 되었음. 하지만 LTE 무선 인터페이스를 이용한 기지국-단말 간 데이터 통신은 물리적 계층에서 데이터를 안전하게 보호할 메커니즘이 부족해 상당한 위협에 노출되어있음. 따라서, 권한 없는 제3자가 무선 통신 채널에 접근해 데이터를 도청함으로써 LTE 사용자와 네트워크의 프라이버시를 침해할 수 있음. 본 논문에서 우리는 위와 같은 프라이버시 침해가 가능하다는 것을 보이기위해, 상/하향링크 스니퍼를 구현하고 LTE 이동통신망에서의 네트워크 트래픽을 모니터링하는 과정을 실시함. 하향링크 스니퍼를 통해 다운링크 제어채널(PDCCH)과 다운링크 공유채널(PDSCH)를 완벽히 디코딩하여, 제어 메시지와 사용자 데이터를 모두 모니터링할 수 있음을 확인했음. 우리가 구현한 하향링크 스니퍼는 최신 스마트폰 모델이 많이 사용하는 새로운 데이터 변조 방식을 디코딩할 수 있으며, 이는 이제까지 구현된 하향링크 스니퍼가 제공하지 않는 기술임. 또한 상향링크 스니퍼를 통해 단말의 실질적인 데이터를 포함하는 상향링크 공유채널(PUSCH)을 디코딩할 수 있으며, 이는 이제껏 개발된 바 없는 최초의 기술임. 상/하향링크 스니퍼는 고성능 CPU를 활용해 실시간 LTE 트래픽 모니터링 및 디코딩을 지원하며, 트래픽에 대한 물리적계층의 상세 정보와 MAC계층의 메타데이터를 제공함. 마지막으로, 본 논문에서는 상/하향링크 스니퍼를 활용해 사용자의 프라이버시를 침해할 수 있는 두가지 공격 모델로써 1)단말 위치 추적 및 2)단말 식별자 추정 공격을 제안함.
