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[原创]IOT基础设备及固件提取分析
2022-4-13 23:33 14488

[原创]IOT基础设备及固件提取分析

2022-4-13 23:33
14488

一、基础装备介绍

螺丝刀套装

图片描述
47件套装,适配类型多,可拆多种类型的设备。

万用表


万用表用来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。GND 找到之后就可调到电压档,识别出 VCC。

芯片测试夹

图片描述
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。

串口工具

CMSIS-DAP
图片描述
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 是维修界应用最广的一款编程器。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

拿到一个固件设备,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,下面就简单来介绍一下。

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。
    图片描述
  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)
    图片描述
    选择debug调试→CMSIS-DAP Debugger

    最后ctrl+F5运行
    图片描述

固件分析流程

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。这就得制作签名。
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.通过加载sig识别出的库函数

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。
1、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,前提是是不加密或者已经解密后的固件。


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最后于 2022-4-25 09:45 被APT_华生编辑 ,原因:
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囧囧 活跃值 2022-4-14 12:48
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有毒 活跃值 10 2022-4-14 14:41
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wooyunking 活跃值 2022-4-14 18:04
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学习 谢谢师傅
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option 活跃值 2022-4-15 06:00
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金奔腾 活跃值 2022-4-15 10:43
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pureGavin 活跃值 2 2022-4-16 15:58
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小菜鸟一 活跃值 2022-4-17 09:24
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hixhi 活跃值 2022-4-18 11:42
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很详细的流程了
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cxfsz 活跃值 2022-4-18 18:04
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太厉害了,进来学习一下
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coneco 活跃值 2 2022-4-21 08:31
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感谢分享,非常详细
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大河向东流哇 活跃值 2022-4-22 17:21
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nb
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nullisnull 活跃值 2022-4-23 10:45
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学习了,师傅好厉害。
不过,有一个想问题,请教一下,是”脱焊“还是”拖焊“?
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slsdz 活跃值 2022-4-24 11:40
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调用SVD文件,很多寄存器分析不出,比如USART1能找到USART2 USART3...找不到
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APT_华生 活跃值 1 2022-4-24 11:50
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slsdz 调用SVD文件,很多寄存器分析不出,比如USART1能找到USART2 USART3...找不到
那有没有一种可能是源代码中并没有实现调用其他的串口
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slsdz 活跃值 2022-4-24 17:55
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APT_华生 那有没有一种可能是源代码中并没有实现调用其他的串口

不是
衍生出的外设添加不了

 

<peripheral derivedFrom="USART1">

      <name>USART2</name>

      <baseAddress>0x40004400</baseAddress>

      <interrupt>

   

另外库lib制作sigb不成功提示:

[Critical] pat执行结果:

F:\V3.5_LIB\Template.lib: skipped 31, total 31


[Critical] sigmake执行结果:

F:\idaSigMaker\tmp_out\Template.sig: NO LIBRARY MODULES ARE FOUND!!!


[Error] 发生错误 (请尝试将库文件编译改为'无全程序优化' 或 '去除符号链接'编译后再次尝试)


最后于 2022-4-24 18:28 被slsdz编辑 ,原因:
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Endali 活跃值 2022-4-24 19:27
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slsdz APT_华生 那有没有一种可能是源代码中并没有实现调用其他的串口 不是衍生出的外设添加不了&nbsp;&lt;periphera ...
再对比原svd文件检查下格式,还有是否加在了你要的芯片标签下。制作lib库建议还是直接用官方的工具,不要用第三方
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APT_华生 活跃值 1 2022-4-24 20:10
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slsdz APT_华生 那有没有一种可能是源代码中并没有实现调用其他的串口 不是衍生出的外设添加不了&nbsp;&lt;periphera ...
不同的编译器生成的汇编代码不同,得先确认是使用什么编译器编译的,如果是使用的是windows系统,那么相关路径,IDAsig\flair75\bin\win下,plb.exe:OMF库的解析器(Borland编译器常用),pcf.exe:COFF库的解析器(微软编译器常用),pelf.exe:ELF库的解析器(UNIX系统常用)。最重要的一点是不支持解析release版识别,由于被去除了符号,解析器将无法识别,并跳过相关函数,报错的缘由如此。
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Whoami默 活跃值 6天前
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唐先生好厉害,我是你的迷妹
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