光ファイバー盗聴・侵入を５秒でできるか実験してみました

本記事は、光ファイバー（光ケーブル）が盗聴されるリスクがある事を知っていただく事を目的としています。光ファイバーについて場合によっては必ずしも安全というわけではないことを知った上でセキュリティ対策を考えていただきたいと思います。
ご自身の環境以外では試さないようお願いします。

なぜ光ファイバーからの侵入？

技術部の安井です。長年制御システムを開発してきた経験から制御システムセキュリティ向上に取り組んでいます。以前LANケーブル(有線LAN)からの侵入・盗聴の実験を紹介したところ多くの方に参照いただけました。

LANケーブルをニッパーで切断し５秒でネットワークへ侵入・盗聴できるか実験してみました

サイバーセキュリティにおいてLANケーブル(有線LAN)からの侵入について考えたことがあるでしょうか？本稿では、LANケーブルをニッパーで切断してネットワークへ侵入・盗聴した実験結果を紹介します。切断してから何秒で侵入・盗聴できたのでしょうか？ 本記事は、ケーブルを切断してネットワークへ侵入・盗聴されるリスクがある事を知っていただく事を目的としています。 ご自身の環境以外では試さないようお願いします。 なぜLANケーブルからの侵入？ 技術部の安井です。長年制御システムを開発してきた経験から制御システムセキュ ...

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光ファイバーってセキュリティ上安全？

普段生活していて、光ファイバーを目にすることはあるでしょうか？一般の方が家庭や職場でむき出しの光ファイバーを目にすることは少ないと思います。しかし、各家庭に光回線が引かれている事からも分かるように身近に光ファイバーは張り巡らされており、海底ケーブルを通して世界中が光ファイバー網でつながっています。

では、光ファイバー盗聴は難しいのでしょうか？光ファイバーの盗聴は、セキュリティ業界では古典的なテーマ¹であり、一般の方も、海底ケーブルを通った情報の盗聴という話題を見聞きしたことがあるかも知れません。海底ケーブルも中身は光ファイバーです。

光ファイバーの盗聴実験は、海外サイトではいくつか紹介されていますが、実際やってみないことには難しさが実感できません。難しさが分からなければリスクも実感できません。リスク度合いを実感するために、光ファイバーの盗聴実験を行ってみました。

光ファイバーがどの程度安全なのかという話しは、盗聴・侵入を行う攻撃者の技量やモチベーションとの相対的なものであり明確に述べられませんが、 本実験を読んでいただくと具体的なイメージが想像でき、注意するポイントも想像できるようになるのではないかと思います。

盗聴実験

盗聴対象環境の準備

実験では、侵入・盗聴する対象として、図１に示す光ファイバーを２つのメディアコンバータで挟んだ環境を用意しました。

メディアコンバータ はLANケーブルに流れる電気的な信号を光ファイバーに流れる光の信号へ変換する装置です。一般家庭の例だと通信キャリアから貸し出されているONUと呼ばれる装置がLANケーブルと光ファイバーの変換を行っています。光ファイバーに通信データを流すために、メディアコンバータの両端にノートPCとスイッチングハブをLANケーブルで接続し、ノートPCからスイッチングハブにPing通信するようにしました。Ping通信は1秒周期でノートPCからパケットを送信し受信したスイッチングハブがノートPCに応答パケットを返す状態としました。

光ファイバーを切断する方法での盗聴実験

まず、光ファイバーを切断してコネクタを自作する方法で試してみました。

盗聴するための装置の準備

盗聴するための装置として図２に示すメディアコンバータで挟んだリピータハブと盗聴用PCを準備しました。

盗聴用PCはWindowsPCにパケットキャプチャソフトのWiresharkをインストールしたPCです。リピータハブを使ったパケットキャプチャのイメージを図３に示します。リピータハブはLANケーブルにつなげた場合、通信パケットを全てのポートに送り出す装置であり通信パケットを解析する際に使用される装置です。

この後に実施する実験の前に、ネットワークへの侵入と盗聴の概要を説明します。ネットワークへの侵入は、図１のノートPCとスイッチングハブ間の光ファイバーをニッパーで切断し、切断した光ファイバーの間に図２のメディアコンバータで挟んだリピータハブを設置します。このようにすると、図４の右側に示した構成となり、ノートPCとスイッチングハブ間に流れる通信パケットはリピータハブを経由して盗聴用PCにも流れ込むためWiresharkで盗聴が行えます。この実験では、ケーブルを切断してからどの程度の時間でWiresharkでPing通信の盗聴が行えるかを測定します。

作業工具

今回作業に使用した工具は以下のとおりです²。

黄色いシースはがし

ここから盗聴のための作業が始まります。まずシーススリッターで光ファイバーケーブルを挟み引っ張ります。

するとケーブルに沿って縦に切れ目が入り黄色いシースが剥けます。
黄色いシースの中に細い紐の束状の黄色のケブラーがあり、その中に白い心線被覆が出てきます。

光ファイバの切断とコネクタ取り付け

ニッパーで白い心線被覆部分を切断します。

中から透明な0.25mm素線が出てきます。この後更にもう一段、ジャケットリムーバを使ってコーティングされた樹脂を削りとります。

削くずがとれて、0.125mmの光ファイバーが露出していることがわかります。
削った部分をアルコールで拭き取ります。

ここで、今回使用した光ファイバーケーブルの構造を図５で説明します。

ファイバカッターで先端を切り取り光ファイバーの先端を整えます。

以上で、コネクタの取り付けが完了です。
もう１つも同じように取り付けます。以下がコネクタを２つ取り付けた図です。

# コネクタをメディアコンバータに接続

取り付けたコネクタを、図２で準備した盗聴用装置のメディアコンバータ に取り付けます。

盗聴結果の確認

盗聴用PCのWIresharkでPing通信が観察されていることを確認しました。
光ファイバーをニッパーで切断してから、ここまで、約５分でした。以前行ったLANケーブルの盗聴実験と比較すると、道具も手順も複雑であり手間もかかりましたが、逆に言うと慣れてしまうとできなくはないものだということが分かりました。この手順は、あまりに原始的で時間がかかる方法であり犯行を発見しやすい手順なので、次にもう少し高度な手順や発見が困難な手順を様々な公開情報から調査してみました。

クリップオンカップラ³での盗聴実験

海外のサイトで、盗聴リスクを紹介するサイトの多くで使われている⁴のが、クリップオンカップラを用いた盗聴実験です。ここでは、クリップオンカップラを用いた盗聴について説明します。この実験のためにクリップオンカップラを探したのですが、高価かつ希少なものであり、なんとか入手できたのは正常動作しない故障品だけでした。このため残念ですが動作原理のみ説明します。

盗聴するための装置の準備

盗聴するための装置として図６に示す、クリップオンカップラと、光コンバータに接続した盗聴用PCを準備しました。盗聴用PCはWindowsPCにパケットキャプチャソフトのWiresharkをインストールしたPCです。

クリップオンカップラで盗聴する原理を説明します。図７のように被覆を剥がした光ファイバーを適度な角度に曲げると光ファイバーから光が漏れます。もれた光をクリップオンカップラで取り出します。

取り出した光を、図８で示すようにメディアコンバータ を経由して盗聴用ノートPCに送ります。盗聴が成功すれば、盗聴用ノートPC上のWiresharkでPing通信の内容が確認できます。

この手順から分かる通り、光ファイバーは切断していません。この手順では、通信の物理層のリンク状態も正常状態のままリンク断は発生しません。したがって、通信の回線状態から盗聴されていることを発見する事は非常に困難です。発見するための手段としては、光が漏れることでの減衰が発生するので受信する光出力の強度を監視しておくという方法があります。

クリップオンカップラは、光ファイバーを切断せずに盗聴が行え被覆が剥がれた光ファイバーであれば簡単に盗聴ができそうです。ただし今回使用したケーブルの場合だと被覆がついているので光ファイバーを折らずに被覆を剥がす必要があります。黄色のシースはシーススリッターで簡単に剥がせますが、白い心線被覆は0.9mmと細いためケーブルの途中で剥がすのは今回用意した工具では難しく、それなりの工具が必要そうです。

以上、クリップオンカップラを用いた盗聴の説明でした。正常動作するクリップオンカップラを入手して実際に試したかったのですが、今回は諦めました。なお、クリップオンカップラと同じ仕組みの製品を購入しようとしても、なかなか国内では一般市場には出回っていないため入手も困難と思われます。

光ファイバカプラでの盗聴実験

最後に、短時間で盗聴されてしまう可能性がある光ファイバカプラでの盗聴実験を紹介します。前半の写真で集合住宅の共用部の写真（コネクタがたくさん収納されたBOXの写真）があったのを覚えていますでしょうか。コネクタ部分に接近できるのであれば、光ファイバカプラを使って盗聴するのがもっとも容易です（ただし、暗号化されてなければという条件つきです・・）⁵。

盗聴するための装置の準備

盗聴するための装置として図９に示す、光ファイバカプラと、メディアコンバータに接続した盗聴用PCを準備しました。盗聴用PCはWindowsPCにパケットキャプチャソフトのWiresharkをインストールしたPCです。

光ファイバカプラは、光信号を分岐するためのものです。ここでは２分岐の光ファイバカプラを用い、図１０に示すように、ノートPCからスイッチングハブに流れるパケットを分岐させて盗聴用PCで盗聴するようにします。

光ファイバカプラの接続直前

図１１は、盗聴対象に、光ファイバカプラをつなげる直前の図です。

光ファイバカプラの接続

図１２は、光ファイバカプラをつないだ後の図です。

盗聴結果の確認

盗聴用PCのWiresharkの画面でノートPCとスイッチングハブのPingパケットがキャプチャできていることを確認しました。
この環境ではコネクタを外してから５秒で盗聴が行えました⁶。

光ファイバー盗聴は現実的なのか？

今回、光ファイバー盗聴実験を行い、前回、LANケーブル盗聴実験をおこないました。結果的にわかったことは、現実的には光ファイバーの方が盗聴が難しいであろうということです。冒頭に記載のとおり、技術的には光ファイバーの盗聴は可能ですので絶対安全というわけではありませんが、本ブログは無用に不安をあおることを意図しているわけではなく、事実を知っていただきセキュリティ対策に役立てていただくことですので、ここではLANケーブルよりは盗聴が難しいと考えた理由を記載します。

• 機材が数万円はかかり、扱いがLANケーブルより難しい。 LANケーブルは、一般人でも自作などの扱いに慣れている人が多いが、それに比較すると光ファイバーを自作する人は少ない。
• 通信方式が多用であり、盗聴対象の通信方式を理解しておく必要がある。 LANケーブルにも様々な規格があるが圧倒的にストレートB結線が多く、その前提で試せば盗聴できる可能性が高い。一方で、光ファイバーはマルチモード、シングルモードを始め、盗聴成功するためには知っておかなければいけないことが多く、通信方式の情報を得ておかなければ盗聴は難しい。
• 通信キャリアなどで通信機器レベルで暗号化されている場合がある。 LANケーブルは、一般には通信機器で暗号化されていることは少ないが、光ファイバーは（全ての光ファイバが暗号化されているわけではないが）通信機器での暗号化の適用がすすんでいる。

以上の理由から、興味をもった素人の人が光ファイバーを盗聴しようとしてもLANケーブルのように簡単には盗聴できないと考えた次第です。

物理対策と監視運用

このような手口もあることを知っておくと、万一セキュリティインシデントが発生した際の侵入口の特定の役に立つかもしれません。いろいろな可能性があることを体験として知っておくと対策を検討する上でも地に足がついた検討が可能になります。

今回、Ping通信の盗聴を行いましたが、もし暗号化されていない独自の光回線を用い重要なデータを平文で通信していた場合など、今回の手口で盗聴されてしまう可能性があります。
本手口に対してはどのような対策が効果があるでしょうか？推奨対策としては暗号化があります。通信機器での暗号化や、論理的な暗号化などいろいろな暗号化が考えられます。とはいえ、制御システムなど昔からの通信を使っており予算的に暗号化できない場合もあるでしょう。光ファイバーに何かおかしなものが物理的に接続されていないか定期点検するというのも１つの案かもしれません。光通信の出力低下を検出できる通信機器で異常検出するというアプローチもあります。物理的な切断に対してはリンク断を検出することが可能です。現状を許容するがインシデント発生時の調査対象に光ファイバーの点検を含めるという考えもあります。答えは１つではないので何が現実的かを考えてみてください。

まとめ

光ファイバーの盗聴・侵入について実験してみました。結論としては、ある特定の条件では５秒で盗聴できたがLANケーブルの盗聴ほど簡単ではないというものでした。
LANケーブルと光ファイバーの両方の盗聴実験をしてみた感想を言うと「平文であれば、LANケーブルの盗聴に比べれば難しいが、できなくは無い。」「各家庭の光ファイバーなど通信キャリア等で適切に暗号化された回線であれば、盗聴困難だろう。」というものです。
本記事は、光ファイバから侵入・盗聴されるリスクがある事を知っていただく事を目的としています。光ファイバーから侵入・盗聴される脅威を正しく把握してセキュリティ対策に役立ててください。
本稿が、セキュリティ対策検討の一助になれば幸いです。

実験を終えて

筆者は、光ファイバーの盗聴実験を行おうと考えた時点で、LANケーブルを盗聴するための知識 はありましたが、光ファイバーを扱った経験はあまりありませんでした。身の回りのどこに光ファイバーが通っているかの調査や、光ファイバーの通信方式の理解から始め、光ファイバーの加工や盗聴について調査を行いました。本実験を行うにあたり、これらの情報を調べたり装置を準備したりとかなりの期間を要しました。装置の使い方を勘違いし初期不良を訴えたり、製品仕様を丁寧に解説いただいたりと、色々ありつつ何とか公開するに至りました。対応いただいた皆様へ感謝します。

今回の実験は、光ファイバー通信方式の中の１つであるシングルモードでの通信を対象としています。文中に光ファイバーの加工手順が出てきましたが、実験のための独自手順であり、正規な手順では無いことをご了承ください。

光ファイバーの暗号化事情についてGE-PONの文献⁷を読み通信事業者様の対策をうかがい知ることができましが、一方で、一般企業様で自社回線やダークファイバなどを利用し独自にセキュリティを考慮している場合が気になるところです。