RadioGuard: Zero-Trust-Funkverteidigungs-Subdienst für Android

RadioGuard ist eine quelloffene, produktionsreife und Google-Play-Store-konforme Android-Sicherheitsanwendung und ein Hintergrund-Subdienst. Sie erkennt aktiv bösartige Mobilfunkmasten (IMSI-Catcher / Cell-Site-Simulatoren / SMS-Blaster), identifiziert feindselige 2G/4G-Mobilfunkmanipulation und setzt kryptografische Safe-Routing-Quarantäne ein, um mobile Geräte auf nicht vertrauenswürdigen Mobilfunkverbindungen zu schützen.

Inhaltsverzeichnis

1. Bedrohungsmodell & Warum RadioGuard existiert
2. Kernarchitektur & Komponenten
3. Hauptfunktionen
4. Speichersicherheit & Pufferüberlauf-Garantien
5. Adversarialer Stresstest & Schwachstellen-Härtung
6. Anti-Tamper- & Subprozess-Hijack-Schutz
7. Benutzeroberfläche & Dashboard-Layout
8. Automatisierte Verifikation & Testsuite
9. Google Play Store-Konformität & Veröffentlichungsleitfaden
10. Aus dem Quellcode erstellen

Bedrohungsmodell & Warum RadioGuard existiert

Mobilfunknetze (2G, 3G und 4G LTE) leiden unter grundlegenden Protokollschwächen:

• Identitätslecks vor der Authentifizierung: Mobiltelefone geben permanente IMSI- und IMEI-Identifikatoren über unverschlüsselten Klartext preis, bevor eine gegenseitige Authentifizierung hergestellt wird (3GPP TS 24.008 / TS 24.301).
• Unilaterale 2G-Authentifizierung: GSM-Masten authentifizieren sich niemals gegenüber Telefonen, wodurch gefälschte Masten Null-Chiffren (A5/0) erzwingen oder die A5/1-Verschlüsselung in Echtzeit knacken können.
• 4G LTE User-Plane-Integritätslücke (aLTEr-Angriff / CVE-2018-18544): Während die 4G-Kontrollsignalisierung Integritätsprüfungen aufweist, fehlt den IP-Paketen der User-Plane der Integritätsschutz, was aktive Bit-Flipping-Angriffe auf DNS-Abfragen ermöglicht.
• SMS-Blaster: Tragbare SDRs senden 2G-Signale mit hoher Leistung aus, um Phishing-Nachrichten direkt auf Telefone zu pushen, ohne dass ein Mobilfunkanbieter beteiligt ist.

Die RadioGuard-Philosophie: Behandle die Mobilfunkverbindung wie ein nicht vertrauenswürdiges öffentliches Netzwerk (Zero-Trust-Funk). Anstatt zu hoffen, dass der Mast legitim ist, überwacht das Telefon autonom die Mobilfunk-Telemetrie und kapselt den Datenverkehr in authentifizierte kryptografische Tunnel.

Kernarchitektur & Komponenten

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       RadioGuard Architektur-Topologie                      │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  [ UI-Schicht (Jetpack Compose) ]                                           │
│    • DashboardScreen: Echtzeit-Bedrohungsanzeige, aktive Telemetrie, Steuerung │
│    • Geräteintegritäts-Banner: Zeigt Kernel/Root-Kompromittierungswarnungen │
│    • Forensischer Incident-Exporter: Generiert JSON-Beweis-Dumps            │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  [ Kern-Dienstschicht ]                                                     │
│    • RadioGuardService: Vordergrund-Wachposten überwacht TelephonyCallback  │
│    • Telemetrie-Liveness-Watchdog: Fragt Modem alle 5s ab, um RIL-Freeze zu vereiteln │
│    • Notruf 911/112 Fail-Safe: Setzt Killswitch während Anrufen automatisch aus │
│    • SafeTunnelVpnService: Nativer VPN-Killswitch (TunnelCrack-gehärtet)    │
│    • ShizukuRadioBridge: Privilegierter Nicht-Root-Band-Locker & Flugmodus-Puls │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  [ Analyse-Engine ]                                                         │
│    • AnomalyEngine: Normalisierte Bayes'sche Multi-Faktor-Anomaliebewertung │
│    • Macro-Cell Shadow Clone Detector: Step-Gradient Delta-RSRP-Verfolgung  │
│    • Hysterese-Puffer: 2-Sample-Fenster filtert Carrier-Aggregation-Schwankungen │
│    • SmsFilterHelper: PDU-Inspektor erkennt Type-0 Silent-SMS-Pings         │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  [ Speicher- & Integritätsschicht ]                                         │
│    • TowerDatabase (Room SQLite): Lokale OpenCelliD / BeaconDB-Baseline     │
│    • Zirkuläre Speicherbereinigung: Begrenzt Incident-Log auf 1.000 zur DoS-Prävention │
│    • AppIntegrityValidator: Laufzeit-SHA-256-APK-Signaturzertifikat-Verifikation │
│    • RuntimeAntiHijackGuard: Anti-ptrace & /proc/self/maps Hook-Scanner     │
│    • DeviceIntegritySentry: Hardware-TEE, SELinux und Rootkit-Auditor       │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Hauptfunktionen

1. Multi-Faktor-Anomaliebewertungs-Engine (MFASE):
   • Räumliche Kreuzvalidierung: Vergleicht den beobachteten Maststandort mit einer offline lokalen SQLite-Datenbank (bezogen von OpenCelliD und BeaconDB). Markiert Abweichungen $> 10\text{ km}$.
   • Isolationsfallen-Erkennung: Erkennt bösartige LTE-eNodeBs, die leere SIB4/SIB5-Nachbarlisten ausstrahlen.
   • Unfreiwilliger 2G-Downgrade-Wachposten: Markiert plötzliche erzwungene Herabstufungen von 4G/5G auf legacy nicht authentifiziertes 2G GSM.
   • Timing-Advance-Plausibilität: Validiert die Baseband-Round-Trip-Zeit gegen die physischen Koordinaten des Geräts.
2. Safe-Routing-Quarantäne & Kill-Switch:
   • Verwendet Androids natives VpnService mit setBlocking(true) als OS-erzwungenen Killswitch.
   • Dual /1-Routenaufteilung: Vereitelt TunnelCrack (CVE-2023-36672 / CVE-2023-35838) durch Aufteilung der Routen in 0.0.0.0/1 und 128.0.0.0/1, wodurch bösartige lokale Subnetz-Routing-Umleitungen überschrieben werden.
   • Zero-Domain-Race: Verwendet fest kodierte IP-Literale (9.9.9.9, 1.1.1.1) mit SPKI-Zertifikats-Pinning, um aLTEr-DNS-Hijacking vor dem Tunnel zu verhindern.
3. Notruf 911/112 Fail-Safe:
   • Hängt sich an TelephonyCallback.CallStateListener.

Speichersicherheit & Pufferüberlauf-Garantien

Anwendungsschicht-Speichersicherheit (Kotlin / ART)

• RadioGuard läuft innerhalb der Android Runtime (ART):
  • Keine Zeigerkorruption: Stack- und Heap-Pufferüberläufe, Use-After-Free und Format-String-Schwachstellen werden durch das Sprachdesign mathematisch eliminiert.
  • Array-Grenzenerzwingung: Alle Paketpuffer (ByteBuffer.allocate(32768)) und PDU-Byte-Arrays werden strikt auf Grenzen geprüft. Überläufe werfen eine verwaltete IndexOutOfBoundsException, anstatt den Speicher zu korrumpieren.
  • Speichererschöpfungs-DoS-Schutz: Der lokale Incident-Speicher ist durch einen automatischen zirkulären Puffer (pruneOldIncidents) begrenzt, der die neuesten 1.000 Datensätze behält und verhindert, dass bösartige Masten den Flash-Speicher des Geräts füllen.

Mobilfunk-Baseband-Pufferüberläufe (und wie wir sie abschwächen)

• Die meisten Mobilfunk-Pufferüberläufe treten in der proprietären C/C++-Firmware von Modem-DSPs auf (z. B. ASN.1-Parser-Bugs in Qualcomm-, MediaTek- oder Samsung-Shannon-Basebands):
  • Deaktivierung von 2G eliminiert ~80 % der anfälligen Parser: Alter GSM-Stack-Code aus den 1990er Jahren entbehrt moderner ASLR und Stack-Canaries. Die Deaktivierung von 2G nimmt diese gesamte Angriffsfläche offline.
  • Modem-IOMMU-Isolation: Auf moderner Android-Hardware ist das Mobilfunkmodem physisch vom Application Processor (AP) über eine Hardware-IOMMU isoliert.
  • Telemetrie-Liveness-Watchdog: Wenn ein Angreifer versucht, das Baseband zu fuzzen und einen stillen RIL-Absturz verursacht, erkennt der Liveness-Watchdog von RadioGuard den Callback-Stillstand und alarmiert den Benutzer.

Adversarialer Stresstest & Schwachstellen-Härtung

RadioGuard wurde gegen veröffentlichte Bypass-Techniken gehärtet:

Anti-Tamper- & Subprozess-Hijack-Schutz

Um sicherzustellen, dass RadioGuard nicht durch bösartige Apps oder lokale Malware kompromittiert werden kann:

1. Laufzeit-APK-Signaturverifikation (AppIntegrityValidator.kt):
   • Verifiziert das SHA-256-Signaturzertifikat der APK zur Laufzeit. Bei Manipulation, Dekompilierung und Neu-Signierung beendet sich die App selbst (Process.killProcess()).
2. Ephemere In-Memory-IPC-Authentifizierungstoken:
   • Alle internen Intents zwischen UI und Hintergrunddiensten werden mit einem ephemeren 256-Bit-Token signiert, das im Speicher gehalten wird, wodurch gefälschte Intents von Drittanbieter-Apps verworfen werden.
3. Laufzeit-Anti-Hijacking-Guard (RuntimeAntiHijackGuard.kt):
   • TracerPid-Polling: Scannt /proc/self/status alle 3 Sekunden. Erkennt ptrace-Anhänge, gdb und Frida-Agenten.
   • Memory-Map-Hook-Erkennung: Scannt /proc/self/maps auf dynamische Bibliotheksinjektionen (frida-agent.so, xposed.so, zygisk, sandhook).

Benutzeroberfläche & Dashboard-Layout

Die UI ist mit Jetpack Compose (Material 3) in einem dunklen Cyber-Verteidigungs-Theme gestaltet:

• Bedrohungsstatus-Karte: Zeigt einen dynamischen visuellen Bedrohungsmesser (Grün / Gelb / Rot) mit berechnetem Anomalierisiko-Prozentsatz und aktiven Erkennungsgründen.
• Host-Geräteintegritäts-Warnbanner: Zeigt einen sofortigen roten Alarm, wenn Root-Binärdateien, permissives SELinux oder unverifizierte Test-Keys erkannt werden.
• Serving-Cell-Telemetrie-Karte: Live-Anzeigen der aktiven Funkgeneration (2G/3G/4G/5G), MCC/MNC, Tracking Area (TAC), Cell ID (CID), Signalstärke (RSRP) und Nachbarzellenanzahl.
• Aktive Verteidigungssteuerung:
  • Kontinuierlicher Wachposten-Umschalter.
  • Notfall-Safe-Routing-Killswitch-Umschalter.
  • „Funk pulsieren / Mast-Sperre durchbrechen (Shizuku)“-Aktionsschaltfläche.
• Forensische Incident-Karte: Zeigt die Anzahl aufgezeichneter bösartiger Mast-Ereignisse mit einer Ein-Klick-„Bericht exportieren“-Schaltfläche.
• Offline-Ground-Truth-Datenbankstatus: Zeigt die verifizierte Makro-Mast-Anzahl.

Automatisierte Verifikation & Testsuite

Das Projekt enthält eine ausführbare Verifikationstestsuite (test_suite.py), die alle Algorithmen, Zustandsübergänge und mathematischen Grenzen validiert:

python test_suite.py

Testergebnisse:

test_01_normal_macro_cell_passes ......................... [OK]
test_02_involuntary_2g_downgrade ......................... [OK]
test_03_macro_cell_shadow_clone_jump ..................... [OK]
test_04_hysteresis_filtering ............................. [OK]
test_05_spatial_drift_detection .......................... [OK]
test_06_tunnelcrack_dual_route_coverage .................. [OK]
test_07_storage_bounds_circular_pruning .................. [OK]
test_08_emergency_call_fail_safe_transitions ............. [OK]

Ran 8 tests in 0.001s - OK (100% Passing)

Zusätzlich befinden sich Unit-Tests für Android Studio / Gradle-Builds unter:

• AnomalyEngineTest.kt
• UiAndStateTest.kt

Google Play Store-Konformität & Veröffentlichungsleitfaden

Bei der Einreichung von RadioGuard in der Google Play Developer Console sind die Berechtigungen wie folgt zu deklarieren:

Aus dem Quellcode erstellen

Voraussetzungen

• Android Studio Jellyfish (2024.1+) oder JDK 17+
• Android SDK 34 (API-Level 34)

Befehle

# Clone or open workspace
cd C:\Users\pushk\.gemini\antigravity\scratch\radioguard

# Build debug APK
./gradlew assembleDebug

# Build release APK (configured with ProGuard & R8)
./gradlew assembleRelease