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Text File  |  2003-06-11  |  20.0 KB  |  375 lines

  1.  
  2. =-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=
  3.  
  4.                               Cellular Telephones
  5.                       [Written By The High Evolutionary]
  6.  
  7. =-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=
  8.  
  9.     I assume that most of us know many of the technical aspects of Cellular
  10. Phreaking therefore this file is intended for general information as to how
  11. these unique devices operate.
  12.  
  13.         --------------------------------------------------------------
  14.  
  15.     Cellular is likely to be successful because it provides dramatic
  16. improvements over the historic automobile phones.  For years, mobile
  17. radio-telephone service was an extremely limited proposition.  There were only
  18. forty-four radio channels available, and a maximum of about thirty were
  19. assigned to any one area.  That meant if all thirty channels were occupied-one
  20. conversation per channel-and you were the thirty-first mobile phone user who
  21. wished to make a call, you would have to wait thirty minutes or more, even in a
  22. city the size of New York.  As you can imagine, mobile radio-telephone service
  23. like that could not become very popular.  Even with the limited number of
  24. channels, long delays in making calls during busy periods, and often poor
  25. quality transmission, there were big waiting lists for mobile service.  But
  26. with a fully equipped cellular radio-telephone system, it is possible to make
  27. 5000 times as many calls simultaneously in the same metropolitan area, opening
  28. up the service to anyone that can pay the hefty prices.
  29.  
  30.     That is because cellular radio-telephones systems are technically quite
  31. different from traditional mobile telephones.  First, the FCC (Federal
  32. Communications Commission) has allocated far more channels to cellular, 666 in
  33. all.  Second, those 666 channels are broadcast from many different locations.
  34. In the old mobile telephone systems, there was one powerful radio station with
  35. a large antenna that served an entire city.  In the new system, a geographical
  36. area is honeycombed with many cells, hence the name 'Cellular'.  Each cell has
  37. its own low-powered radio transmitter and receiver. As a car with a cellular
  38. telephone or a person carrying a portable moves from one cell to the next, the
  39. call is transferred automatically.  You're unlikely to notice when this
  40. transfer takes place, even though your phone is suddenly switched to a
  41. different radio station and to another channel while you are talking.
  42.  
  43.     Because the cellular signal is low-powered, it doesn't go very far.  This
  44. permits the same channel you are talking on to be used for calls in other parts
  45. of the same metropolitan area without interference.  This would mean cellular
  46. radio-telephone systems can serve a very large number of customers in an area
  47. because there are more channels than before-and the larger number of channels
  48. are reused.
  49.  
  50.     Unlike local telephone service, which is provided by a monopoly, there is
  51. competition in cellular.  Two classes of companies are allowed to offer
  52. cellular telephone service in every market.  One cellular system can be owned
  53. by a telephone company, the other by someone else.  The two-company rule was
  54. adopted by the FCC so that AT&T, which developed cellular, could not monopolize
  55. the whole thing.
  56.  
  57.     Cellular Telephones come in two basic versions, as car phones and portable
  58. phones, with a briefcase hybrid.  Car phones are by far the most common,
  59. because they are much cheaper.  But most believe that, ultimately, portables
  60. will be the most popular.  Washington Post Company president Richard Simmons,
  61. whose company is a partner in several cellular systems, even predicts that by
  62. the early 1990's "There will be phones roughly the size of a calculators that
  63. you carry around in your pocket.  They will cost no more than five hundred
  64. dollars.  They will emancipate people from the necessity of locating a phone to
  65. make calls. The bad news is, you will never be able to get away from the phone,
  66. and we'll call it progress."
  67.  
  68.     Car telephones include a small transmitter-receiver unit that is usually
  69. mounted in the trunk, an antenna and a control head that includes the handset.
  70. In most cellular systems, the telephone touchpad is located on the handset.
  71. Many domestic and foreign manufacturers make cellular car phones, but so far
  72. only Motorola makes portables, the DYNA T-A-C 8000X and 8000S. Motorola's
  73. portables look like a slightly enlarged, somewhat chunky telephone handset,
  74. with a stubby antenna at one end.
  75.  
  76.     Portables are less powerful than car units, so they can't be used with some
  77. cellular systems.  The portable's other limitation is battery life.  A portable
  78. can listen for calls for about eight hours, but it can only transmit for only
  79. thirty minutes.  After that time it must be charged for a minimum of an hour.
  80.  
  81.     The following American cities have cellular telephone service or soon will
  82. get it:
  83.  
  84.                          New York         Denver
  85.                          Los Angeles      Seattle
  86.                          Chicago          Milwaukee
  87.                          Philadelphia     Tampa
  88.                          Detroit          Cincinnati
  89.                          Boston           Kansas City
  90.                          San Francisco    Buffalo
  91.                          Washington       Phoenix
  92.                          Dallas           San Jose
  93.                          Houston          Indianapolis
  94.                          St. Louis        New Orleans
  95.                          Miami            Portland
  96.                          Pittsburgh       Cleveland
  97.                          San Diego        Atlanta
  98.                          Baltimore        Minneapolis
  99.         --------------------------------------------------------------
  100. %
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.               THE ELECTRONIC SERIAL NUMBER: A CELLULAR 'SIEVE'?
  107.                   'SPOOFERS' CAN DEFRAUD USERS AND CARRIERS
  108.  
  109.     by Geoffrey S. Goodfellow, Robert N. Jesse, and Andrew H. Lamothe, Jr.
  110.  
  111.  
  112. What's the greatest security problem with cellular phones? Is it privacy of
  113. communications?  No.
  114.  
  115. Although privacy is a concern, it will pale beside an even greater problem:
  116. spoofing.
  117.  
  118. 'Spoofing' is the process through which an agent (the 'spoofer') pretends to
  119. be somebody he isn't by proffering false identification, usually with intent
  120. to defraud.  This deception, which cannot be protected against using the
  121. current U.S. cellular standards, has the potential to create a serious
  122. problem--unless the industry takes steps to correct some loopholes in the
  123. present cellular standards.
  124.  
  125. Compared to spoofing, the common security concern of privacy is not so severe.
  126. Most cellular subscribers would, at worst, be irked by having their
  127. conversational privacy violated.  A smaller number of users might actually
  128. suffer business or personal harm if their confidential exchanges were
  129. compromised.  For them, voice encryption equipment is becoming increasingly
  130. available if they are willing to pay the price for it.
  131.  
  132. Thus, even though technology is available now to prevent an interloper from
  133. overhearing sensitive conversations, cellular systems cannot--at any
  134. cost--prevent pirates from charging calls to any account. This predicament is
  135. not new to the industry.  Even though cellular provides a modern,
  136. sophisticated quality mobile communications service, it is not fundamentally
  137. much safer than older forms of mobile telephony.
  138.  
  139. History of Spoofing Vulnerability
  140.  
  141. The earliest form of mobile telephony, unsquelched manual Mobile Telephone
  142. Service (MTS), was vulnerable to interception and eavesdropping.  To place a
  143. call, the user listened for a free channel.  When he found one, he would key
  144. his microphone to ask for service: 'Operator, this is Mobile 1234; may I
  145. please have 555-7890.'  The operator knew to submit a billing ticket for
  146. account number 1234 to pay for the call.  So did anybody else listening to the
  147. channel--hence the potential for spoofing and fraud.
  148.  
  149. Squelched channel MTS hid the problem only slightly because users ordinarily
  150. didn't overhear channels being used by other parties.  Fraud was still easy
  151. for those who turned off the squelch long enough to overhear account numbers.
  152.  
  153. Direct-dial mobile telephone services such as Improved Mobile Telephone
  154. Service (IMTS) obscured the problem a bit more because subscriber
  155. identification was made automatically rather than by spoken exchange between
  156. caller and operator.  Each time a user originated a call, the mobile telephone
  157. transmitted its identification number to the serving base station using some
  158. form of Audio Frequency Shift Keying (AFSK), which was not so easy for
  159. eavesdroppers to understand.
  160.  
  161. Committing fraud under IMTS required modification of the mobile--restrapping
  162. of jumpers in the radio unit, or operating magic keyboard combinations in
  163. later units--to reprogram the unit to transmit an unauthorized identification
  164. number. Some mobile control heads even had convenient thumb wheel switches
  165. installed on them to facilitate easy and frequent ANI (Automatic Number
  166. Identification) changes.
  167.  
  168. Cellular Evolution
  169.  
  170. Cellular has evolved considerably from these previous systems.  Signaling
  171. between mobile and base stations uses high-speed digital techniques and
  172. involves many different types of digital messages.  As before, the cellular
  173. phone contains its own Mobile Identification Number (MIN), which is programmed
  174. by the seller or service shop and can be changed when, for example, the phones
  175. sold to a new user.  In addition, the U.S. cellular standard incorporates a
  176. second number, the 'Electronic Serial Number' (ESN), which is intended to
  177. uniquely and permanently identify the mobile unit.
  178.  
  179. According to the Electronic Industries Association (EIA) Interim Standard
  180. IS-3-B, Cellular System Mobile Station--Land Station Compatibility
  181. Specification (July 1984), 'The serial number is a 32-bit binary number that
  182. uniquely identifies a mobile station to any cellular system.  It must be
  183. factory-set and not readily alterable in the field.  The circuitry that
  184. provides the serial number must be isolated from fraudulent contact and
  185. tampering.  Attempts to change the serial number circuitry should render the
  186. mobile station inoperative.'
  187.  
  188. The ESN was intended to solve two problems the industry observed with its
  189. older systems.
  190.  
  191. First, the number of subscribers that older systems could support fell far
  192. short of the demand in some areas, leading groups of users to share a single
  193. mobile number (fraudulently) by setting several phones to send the same
  194. identification.  Carriers lost individual user accountability and their means
  195. of predicting and controlling traffic on their systems.
  196.  
  197. Second, systems had no way of automatically detecting use of stolen equipment
  198. because thieves could easily change the transmitted identification.
  199.  
  200. In theory, the required properties of the ESN allow cellular systems to check
  201. to ensure that only the correctly registered unit uses a particular MIN, and
  202. the ESNs of stolen units can be permanently denied service ('hot-listed').
  203. This measure is an improvement over the older systems, but vulnerabilities
  204. remain.
  205.  
  206. Ease of ESN Tampering
  207.  
  208. Although the concept of the unalterable ESN is laudable in theory, weaknesses
  209. are apparent in practice.  Many cellular phones are not constructed so that
  210. 'attempts to change the serial number circuitry renders the mobile station
  211. inoperative.'  We have personally witnessed the trivial swapping of one ESN
  212. chip for another in a unit that functioned flawlessly after the switch was
  213. made.
  214.  
  215. Where can ESN chips be obtained to perform such a swap?  We know of one recent
  216. case in the Washington, D.C. area in which an ESN was 'bought' from a local
  217. service shop employee in exchange for one-half gram of cocaine.  Making the
  218. matter simpler, most manufacturers are using industry standard Read-Only
  219. Memory (ROM) chips for their ESNs, which are easily bought and programmed or
  220. copied.
  221.  
  222. Similarly, in the spirit of research, a west coast cellular carrier copied the
  223. ESN from one manufacturer's unit to another one of the same type and
  224. model--thus creating two units with the exact same identity.
  225.  
  226. The ESN Bulletin Board
  227.  
  228. For many phones, ESN chips are easy to obtain, program, and install.  How does
  229. a potential bootlegger know which numbers to use?  Remember that to obtain
  230. service from a system, a cellular unit must transmit a valid MIN (telephone
  231. number) and (usually) the corresponding serial number stored in the cellular
  232. switch's database.
  233.  
  234. With the right equipment, the ESN/MIN pair can be read right off the air
  235. because the mobile transmits it each time it originates a call.  Service shops
  236. can capture this information using test gear that automatically receives and
  237. decodes the reverse, or mobile-to-base, channels.
  238.  
  239. Service shops keep ESN/MIN records on file for units they have sold or
  240. serviced, and the carriers also have these data on all of their subscribers.
  241. Unscrupulous employees could compromise the security of their customers'
  242. telephones.
  243.  
  244. In many ways, we predict that 'trade' in compromised ESN/MIN pairs will
  245. resemble what currently transpires in the long distance telephone business
  246. with AT&T credit card numbers and alternate long-distance carrier (such as
  247. MCI, Sprint and Alltel) account codes.  Code numbers are swapped among
  248. friends, published on computer 'bulletin boards' and trafficked by career
  249. criminal enterprises.
  250.  
  251. Users whose accounts are being defrauded might--or might not--eventually
  252. notice higher-than-expected bills and be reassigned new numbers when they
  253. complain to the carrier.  Just as in the long distance business, however, this
  254. number 'turnover' (deactivation) won't happen quickly enough to make abuse
  255. unprofitable.  Catching pirates in the act will be even tougher than it is in
  256. the wireline telephone industry because of the inherent mobility of mobile
  257. radio.
  258.  
  259. Automating Fraud
  260.  
  261. Computer hobbyists and electronics enthusiasts are clever people.  Why should
  262. a cellular service thief 'burn ROMs' and muck with hardware just to install
  263. new IDs in his radio?  No Herculean technology is required to 'hack' a phone
  264. to allow ESN/MIN programming from a keyboard, much like the IMTS phone thumb
  265. wheel switches described above.
  266.  
  267. Those not so technically inclined may be able to turn to mail-order
  268. entrepreneurs who will offer modification kits for cellular fraud, much as
  269. some now sell telephone toll fraud equipment and pay-TV decoders.
  270.  
  271. At least one manufacturer is already offering units with keyboard-programmable
  272. MINs.  While intended only for the convenience of dealers and service shops,
  273. and thus not described in customer documentation, knowledgeable and/or
  274. determined end users will likely learn the incantations required to operate
  275. the feature.  Of course this does not permit ESN modification, but easy MIN
  276. reprogrammability alone creates a tremendous liability in today's roaming
  277. environment.
  278.  
  279. The Rolls Royce of this iniquitous pastime might be a 'Cellular Cache-Box.' It
  280. would monitor reverse setup channels and snarf ESN/MIN pairs off the air,
  281. keeping a list in memory.  Its owner could place calls as on any other
  282. cellphone.  The Cache-Box would automatically select an ESN/MIN pair from its
  283. catalog, use it once and then discard it, thus distributing its fraud over
  284. many accounts.  Neither customer nor service provider is likely to detect the
  285. abuse, much less catch the perpetrator.
  286.  
  287. As the history of the computer industry shows, it is not far-fetched to
  288. predict explosive growth in telecommunications and cellular that will bring
  289. equipment prices within reach of many experimenters.  Already we have seen the
  290. appearance of first-generation cellular phones on the used market, and new
  291. units can be purchased for well under $1000 in many markets.
  292.  
  293. How High The Loss?
  294.  
  295. Subscribers who incur fraudulent charges on their bills certainly can't b
  296. expected to pay them.  How much will fraud cost the carrier?  If the charge is
  297. for home-system airtime only, the marginal cost to the carrier of providing
  298. that service is not as high as if toll charges are involved.  In the case of
  299. toll charges, the carrier suffers a direct cash loss.  The situation is at its
  300. worst when the spoofer pretends to be a roaming user.  Most inter-carrier
  301. roaming agreements to date make the user's home carrier (real or spoofed)
  302. responsible for charges, who would then be out hard cash for toll and airtime
  303. charges.
  304.  
  305. We have not attempted to predict the dollar losses this chicanery might
  306. generate because there isn't enough factual information information for anyone
  307. to guess responsibly.  Examination of current estimates of long-distance-toll
  308. fraud should convince the skeptic.
  309.  
  310. Solutions
  311.  
  312. The problems we have described are basically of two types.  First, the ESN
  313. circuitry in most current mobiles is not tamper-resistant, much less
  314. tamper-proof.  Second and more importantly, the determined perpetrator has
  315. complete access to all information necessary for spoofing by listening to the
  316. radio emissions from valid mobiles because the identification information
  317. (ESN/MIN) is not encrypted and remains the same with each transmission.
  318.  
  319. Manufacturers can mitigate the first problem by constructing mobiles that more
  320. realistically conform to the EIA requirements quoted above.  The second
  321. problem is not beyond solution with current technology, either.  Well-known
  322. encryption techniques would allow mobiles to identify themselves to the
  323. serving cellular system without transmitting the same digital bit stream each
  324. time.  Under this arrangement, an interloper receiving one transmission could
  325. not just retransmit the same pattern and have it work a second time.
  326.  
  327. An ancillary benefit of encryption is that it would reasonably protect
  328. communications intelligence--the digital portion of each transaction that
  329. identifies who is calling whom when.
  330.  
  331. The drawback to any such solution is that it requires some re-engineering in
  332. the Mobile-Land Station Compatibility Specification, and thus new software or
  333. hardware for both mobiles and base stations.  The complex logistics of
  334. establishing a new standard, implementing it, and retrofitting as much of the
  335. current hardware as possible certainly presents a tough obstacle, complicated
  336. by the need to continue supporting the non-encrypted protocol during a
  337. transition period, possibly forever.
  338.  
  339. The necessity of solving the problem will, however, become apparent.  While we
  340. presently know of no documented cases of cellular fraud, the vulnerability of
  341. the current standards and experience with similar technologies lead us to
  342. conclude that it is inevitable.  Failure to take decisive steps promptly will
  343. expose the industry to a far more expensive dilemma.  XXX
  344.  
  345.  
  346. Geoffrey S. Goodfellow is a member of the senior research staff in the
  347. Computer Science Laboratory at SRI International, 333 Ravenswood Ave., Menlo
  348. Park, CA 94025, 415/859-3098.  He is a specialist in computer security and
  349. networking technology and is an active participant in cellular industry
  350. standardization activities.  He has provided Congressional testimony on
  351. telecommunications security and privacy issues and has co-authored a book on
  352. the computer 'hacking' culture.
  353.  
  354. Robert N. Jesse (2221 Saint Paul St., Baltimore, MD 21218, 301/243-8133) is an
  355. independent consultant with expertise in security and privacy, computer
  356. operating systems, telecommunications and technology management.  He is an
  357. active participant in cellular standardization efforts.  He was previously a
  358. member of the senior staff at The Johns Hopkins University, after he obtained
  359. his BES/EE from Johns Hopkins.
  360.  
  361. Andrew H. Lamothe, Jr. is executive vice-president of engineering at Cellular
  362. Radio Corporation, 8619 Westwood Center Dr., Vienna, VA 22180, 703/893-2680.
  363. He has played a leading role internationally in cellular technology
  364. development.  He was with Motorola for 10 years prior to joining American
  365. TeleServices, where he designed and engineered the Baltimore/Washington market
  366. trial system now operated by Cellular One.
  367.    --------
  368.  
  369.  
  370. A later note indicates that one carrier may be losing something like $180K per
  371. month....
  372.  
  373.  
  374.  
  375.