IOT基础设备及固件提取分析

发布时间：2022-10-09 17: 50: 17

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：