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IOT基础设备及固件提取分析

发布时间:2022/10/17 18:43:03

物联网(Internet of Things,简称IOT)是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息,通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。

物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体,它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络,是工业4.0产业升级中非常重要的部分。

 

本文通过对IOT中各类基础设备进行介绍,并选择其中某一个利用IDA进行固件提前分析工作,案例收集了非常详细的步骤,详细对研究物联网的朋友会有所帮助。

 

一、基础装备介绍

螺丝刀套装

推荐图中的47件套装,适配类型多,可拆多种类型的硬件设备。

 

万用表

主要用来分析电路结构,识别调试接口。使用较多的功能是连通性测试,一般用来找GND引脚。GND找到之后就可调到电压档,识别出VCC引脚。

 

芯片测试夹

使用测试夹直接夹在芯片上进行测试,如提取固件、动态调试、监听通信内容等。

 

串口工具CMSIS-DAP

CMSIS DAP是ARM官方推出的开源仿真器,支持所有的Cortex-A/R/M器件,支持JTAG/SWD接口。

 

爱修编程器

爱修RT809H是维修界应用较广的一款编程器,支持读取众多型号的SPI/NOR/NAND/EMMC Flash,用于提取和烧录固件。

 

二、固件提取及分析

当我们拿到一台IOT固件设备,就不可避免的要对硬件进行侵入式的操作,比如取下flash芯片进行固件的读取,或者flash集成在MCU芯片中时需要进行剖片处理,或者利用其他漏洞来获取固件。

 

那么最终能够拿到固件,其中的过程是怎么样的呢?以剖片完成后为例,简单来介绍:

 

拆解介绍:

以意法半导体(ST)公司出品的一款芯片为例做拆解介绍。为什么需要对此芯片进行拆解,因为剖片处理后需要更换新的芯片做测试,会把剖片后的程序进行提取,在新的芯片上进行烧录,测试判断是否抛片成功,型号为STM32F103RC,通过搜索引擎就可以找到网上公开的芯片手册。

 

拆解方法分为两种,一种是直接使用焊络铁进行锡的去除,另一种就是使用热风枪,常规的都是使用热风枪,对着芯片周围进行加热,大概来回加热两分钟,等锡融掉后使用镊子夹起芯片。

 

注意,热风枪针对普通板时,温度不宜过高,过高会导致芯片底盘脱落或者导致元器件损坏,300多度左右差不多,针对比较厚的板子,散热较快的,那么就可以调到400多度。

 

通过查看芯片手册,就会发现这块板子上的flash是集成在MCU中,另外要说明的是固件存放的位置一般分为两种,一种是集成在MCU中,另外一种是单独放在一块芯片上。

 

这块芯片的flash就是存在MCU中,如下图所示:

1、热风枪温度调节,大概320度左右

2、使用热风枪拆解芯片,沿着引脚周围吹

3、换芯片时,要注意第一引脚要与PCB板上底盘一一对应,一般来说PCB制作时,会对第一引脚的位置进行标记,同理,芯片厂家也会对其进行标记。使用镊子夹起对准底盘并固定住,另外一只手拿起焊络铁进行上锡操作。

4、一般比较常用的是使用脱焊方法进行焊接。络铁头也分为不同的类型,尖形、扁形、马蹄形和刀型,这里使用的是刀型进行脱焊。

5、络铁头上沾着锡,也在焊盘上稍微镀一些锡之后,顺着引脚的方向向外侧拉动烙铁,带出一些锡。将芯片合适的覆盖在焊盘上,对齐。用烙铁加热引脚,使得芯片与焊盘结合。

用烙铁滑动每个引脚。对于引脚上多余的锡,可以使用助焊剂,助焊剂的密度是小于锡的密度的,它能均匀地在被焊金属表面铺展,呈薄膜状覆盖在锡和被焊金属表面,有效地隔绝空气,促进焊料对母材的润湿(注意,助焊剂会使用的很频繁),上锡的步骤是繁琐的,如果检查出虚焊或者引脚间有粘连,还得返工,所以焊接时得细心。

沿着引脚从上至下进行焊接,其他三个方向为同样的操作。

6、最后焊接好之后,使用放大镜查看是否存在虚焊或引脚之间是否存在黏连。这里经费有限,无法用显微镜查看,但是也可以通过32倍放大镜查看,观察后没问题就可以通过串口进行调试了。

 

编程器的使用

之前有提到flash存放的位置有两种,编程器就是针对单独存放固件的芯片,某一款存在外设flash的架构图:

可以看到内部并没有flash部分,只有内存、内存数据、和一个boot启动程序。下面使用了连接外部Flash的QSPI协议。

 

编程器提取flash步骤:

1、将被烧写的芯片按照正确的方向插入烧写卡座(芯片缺口对卡座的扳手)。

2、将配套的电缆分别插入计算机的串口与编程器的通信口。

3、打开编程器的电源(电源为12V),此时中间的电源发光管指示灯亮,表示电源正常。

4、运行编程器软件,这时程序会自动监测通信端口和芯片的类型,直接读取bin文件

串口的使用

观察PCB板可以看到存在留出的接口。结合芯片手册可用万用表测出各个孔的作用:

检测后得出,分别是电源、接地、输入输出口、时钟,最后则是reset复位引脚:

与CMSIS-DAP对应引脚相连接配合keil5进行动态调试:

打开keil5 IDE新建一个工程,选择对应的芯片型号,选择目标选项:

选择output,在选择需要调试的目录和文件名(后缀也得加上):

选择debug调试→CMSIS-DAP Debugger:

最后ctrl+F5运行:

固件分析流程

首先是固件加载基址,通过搜索STM32F103RC芯片手册,找到程序RAM区域和ROM区域地址,配合IDA静态分析工具分析。芯片手册上的基址及大小:

打开IDA处理器选择ARM小端:

填充加载基址及大小:

因为是使用的是ARM7 Cortex-M3处理器架构,那么指令集就存在32位ARM指令集和16位Thumb指令集。需要在IDA中ROM开始的位置,快捷键alt+G更改设置,CODE32更改为CODE16,设置T值为0x1,更改前:

更改后:

选择Edit→select all

选中之后右键点击分析选择区域:

IDA成功解析出所有函数:

复位向量

只要是基于STM32系列的芯片,就会存在中断向量表,在中断向量表中,Reset可以定位程序是从哪里开始执行的,代码从偏移为4的位置开始查看汇编。

一开始IDA只识别为数据:

把未识别的这一块数据按U键变成二进制,在地址为0x8000004的位置按一下Q就显示出一个地址,双击跳转过去:

通过一系列的B、BX,BL汇编指令跳转最终找到Reset函数入口位置:

SVD文件

讲SVD文件之前,需要介绍一下CMSIS(微控制器软件接口标准的缩写),CMSIS可实现与处理器和外设之间的一致且简单的软件接口,从而简化软件的重用,缩短微控制器开发人员新手的学习过程。

 

CMSIS包含以下组件:

CMSIS-CORE:提供与Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4、SC000和SC300处理器与外围寄存器之间的接口

CMSIS-DSP:包含以定点(分数q7、q15、q31)和单精度浮点(32位)实现的60多种函数的DSP库

CMSIS-RTOS API:用于线程控制、资源和时间管理的实时操作系统的标准化编程接口

CMSIS-SVD:包含完整微控制器系统(包括外设)的程序员视图的系统视图描述XML文件

 

SVD文件通常与设备参考手册中芯片供应商提供的信息相匹配。SVD相当于把传统的芯片手册(DATA SHEET)给“数字化”了,手册是给人看的,而SVD采用XML文档结构化的方式,是给机器、开发环境、MDK/IAR等软件“看”的,SVD文件中定义了某个芯片的非常详细的信息,包含了哪些片内外设,每一个外设的硬件寄存器,每一个寄存器中每一个数据位的值,以及详细的说明信息。

 

简而言之,SVD文件在IDA中加载之后可以识别特殊寄存器,是定位关键代码位置方法之一。

 

SVD文件加载流程

Keil5 IDE自带CMSIS文件,就可以直接搜索到具体想要的型号,这里在默认安装路径下找到相应的位置:

选择IDA插件→SVD文件管理或者使用快捷键也可以:

选择完成之后就可以识别特殊寄存器了:

快捷键shift+F7调出窗口查看所有识别出来的特殊寄存器:

符号签名

到这还不能很好的分析程序,一些库函数如果没有符号的也看不出是否是库函数。还是需要制作签名。IDA通过sig文件中的特征码匹配识别函数。

在这里使用来自看雪论坛的群友制作的工具,下面介绍如何使用签名。

sig制作过程:

1、利用FLAIR解析器为静态库创建一个模式文件(.pat)

2、运行sigmake.exe处理创建的模式文件,生成一个签名文件(.sig)

 

使用方法:https://bbs.pediy.com/thread-263254.htm

在IDA中的使用:

1、将制作好的签名放在IDA的IDA 7.5\sig\arm目录下

2、快捷键SHIFT+F5加签名,选择应用新签名,就可以添加相应的sig文件了

3、快捷键SHIFT+F5加签名

关键函数

此固件设备是通过CAN协议进行通信的,一开始使用万用表测CAN线通路,未测通,拆开OBD接口,发现内有乾坤。查看此PCB板上的芯片手册6、7pin分别连接CAN高和CAN低的。

4pin分别是传输和接收:

Mini-USB引脚定义:

那么此电路的作用就是让CAN协议转化为USB协议进行通信。通过交叉引用就能知道那些地方调用了特殊寄存器,比如GPIOA引脚。

应重点关注GPIOA_IDR,是作为接收数据的寄存器,接收到的CAN数据会经过转换,跑到此寄存器中,可以看到,先既有读也有引用,到引用的位置进行查看:

结合汇编查看伪代码,可以看到输入的数据判断第三位是否为1,为1则执行0x8019DA4的函数,否则执行其他函数,顺便说一句,输入数据寄存器只有两个值也就是只识别高低电平,1和0

继续交叉引用,发现在上一层是一个一直为''真''的循环,那就更加确定是在接收CAN数据了。

继续向上追踪,猜测0x8007A7C为这个程序的核心函数:

三、总结

这就是完整分析固件的一系列流程,需要注意的是能成功提取固件,前提是不加密或已经解密后的固件。

 

本文转自【看雪论坛】,作者【APT_华生】

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