【胖猴小玩闹】智能门锁与BLE设备安全Part 3： 耶鲁智能门锁的简单测试（上）

1．简介

在本专题第三篇文章中，我们研究发现了Yale智能门锁的通信中存在一些问题。在本专题第四篇中（本篇），我们将进行一个“小玩闹”，即利用这些问题实现未授权开锁，具体的操作步骤如下：

a. 嗅探BLE通信获取productInfo；

b. 使用获取的productInfo控制门锁。

在后文中将详细介绍每一步的操作内容。

2． 嗅探BLE通信

Yale门锁的BLE通信没有加密，所以我们通过嗅探的方式可以直接获取Authentication Request和Authentication Response，利用这两个数据包的Payload做减法运算即可得到productInfo。

2.1 嗅探工作

嗅探BLE通信需要有专用的硬件工具，我们使用的是CC2540 Dongle，配合TI的Packet Sniffer软件，如图2-1所示。

图2-1 CC2540 Dongle+Packet Sniffer软件

Dongle直接接到电脑的USB接口即可使用，Packet Sniffer软件可以对Dongle进行配置，并展示Dongle嗅探到的BLE通信数据。

我们在第一篇文章中介绍过，Master在Scanner状态下，会不断地扫描并接收Slave在Advertiser状态下发出的广播包。在BLE通信的全部40个信道中，广播包的发送和接收固定在其中3个信道上进行的，Master想要与某个扫描到的Slave建立连接时会进入Initiator状态并向Slave发起连接请求，双方建立连接后会在其他37个通信信道上以一定的规律进行调频通信。

由于连接建立后，双方以跳频的方式进行通信，而我们并没有全频谱嗅探工具，所以我们必须在Master和Slave建立连接时，也就是Master发出CONNCET_REQ数据包时，开始跟踪双方的通信，与通信双方同步跳频，才能嗅探到完整的通信内容。

因此，Dongle的工作原理如图2-2所示，整个嗅探流程可以分为三个步骤：

a. 启动完成后，Dongle监听某一个广播信道，会嗅探到所有附近设备在该信道上的进行的广播包；

b. 当探测到CONNECT_REQ数据包时，说明该信道上有Master和Slave准备建立连接，此时Dongle会解析CONNECT_REQ数据包的内容，并自动开始跟踪这两个设备的通信过程；

c. 此后，Dongle不再展示其他设备的广播内容，而只显示步骤b中，建立链接的设备双方通信内容。

图2-2 Dongle工作原理示意图

一个Dongle只能监听一个广播信道的通信，而通信双方可能会在3个广播信道中随机挑选一个建立通信，因此如果只有一个Dongle时，可能需要多次尝试才能获得需要的数据，有多个Dongle时则可以分别将它们配置为监听不同的广播信道，选择Dongle并配置监听信道的方式如图2-3所示。

图2-3 选择并配置Dongle

以上就是USB Dongle的简单介绍，下面我们进入正题。BLE嗅探的操作非常简单，配置好Dongle后，点击Packet Sniffer中的开始嗅探按钮，就可以看到Dongle接收到的所有广播包，如图2-4所示。

图2-4 嗅探到的广播包

开始嗅探后，我们在Dongle附近尝试在app里连接门锁，如果手机和门锁恰好是在Dongle监听的广播信道上建立连接，那么就可以抓到后续手机和门锁之间BLE通信内容，如图2-5所示。

图2-5 手机与门锁建立通信

图2-5中，从黄色数据包开始，手机和门锁的通信开始跳频，可以看到Channel字段每次通信都会变化，而建立通信前的最后一个广播包的类型就是CONNECT_REQ，Dongle是通过这个数据包来跟踪双方随后的跳频通信的。

最后还需要说明，Dongle一次只能监听一个广播信道，所以我们可能需要多次重复才能嗅探到手机和门锁的通信。

2.2 数据包分析

拿到通信内容之后，我们只要找到Authentication Request和Authentication Response即可，要定位这两个数据包，则需要知道数据包的特征和结构。

回想上一篇文章，在生成Payload并发送Authentication Response之前，调用过一个makeACKFrame的函数，从函数名看，这个函数的作用是将Payload封装成ACK Frame，我们就从这里着手分析。

首先我们看一下调用makeACKFrame的地方，如图2-6所示。

图2-6 函数调用处

makeACKFrame函数有4个参数，其中v2、v3是两个固定内容的字节，用于表示包类型，v4显然是个累加的计数器，最后一个参数arg7，我们上一篇文章中就提到了，这个参数是encodeCounter函数的返回值，也就是Authentication Response的Payload。

在本专题第三篇文章中日志内容截图，如图2-7，第三条日志输出send 72ACK的内容，起始字节是0x72和0xA1，即上文中v2和v3的变量值。所以，我们可以推断Authentication Reponse起始字节是固定的0x72A1，这一点可以作为数据包的特征。帮助我们在BLE嗅探数据中快速找到的Authentication Response。

图2-7 app的日志

此外， 在FrameModel类的toString函数中，可以更直观地看出Authentication Response的数据包结构，这个函数如图2-8所示。

图2-8 FrameModel类的toString函数

根据此图可以猜测BLE通信内容的帧结构如下：

a. 开始的两个字节是event和source；

b. 第3个字节表示数据包的序号，第4个字节则是长度，我们暂时还不清楚这是数据包的长度还是Payload的长度；

c. 第5字节开始是数据包的Payload；

d. 最后一个字节是校验。

根据以上结论，我们在嗅探到的通信中定位到图2-9了这样一组数据包，红框中即为Request和Response两次通信：

图2-9 嗅探到的BLE通信

根据起始字节是0x72A1这一特征，第二个数据包应该就是Authentication Response，那么第一个数据包应该是Authentication Request，Response数据包的结构分析如图2-10。

图2-10 数据包结构

通过类似的方式可以取出Request数据包的Payload，按照上一篇文章的分析，只需要将Response的Request两个数据包的Payload做差运算即可得到这个门锁的productInfo，做差运算过程如图2-11。

图2-11 计算productInfo

最后，我们可以通过adb工具从手机中取得Yale app的应用数据库，其中显示了已绑定门锁的productInfo，如图2-12所示。

图2-12 数据库中的productInfo

对比图2-11和图2-12，可以看到product info二者部分字节是相同的，结合本专题第三篇的分析，可以确定productInfo只有前6个字节参与了计算。在接下来的操作中可以进一步验证，其他字节置0也能够开启门锁。

3． 未授权开锁

前文提到手机和门锁的认证过程完全依靠product_info字段，如果我们在未绑定门锁的手机上，跳过门锁绑定步骤，直接将计算得到的product_info等相关信息写入到app的数据库中会出现什么情况呢？接下来我们对这种情况进行复现。

我们修改数据库的办法很简单：通过ADB将app中的数据库（位于/data/data/com.irevo.blepack/databases目录下）拉取到电脑上，在电脑上修改完成后再推送回app。

使用ADB获取该app的数据库文件有一个前提，即我们必须拥有root权限或者使用run-as指令。而使用run-as指令，需要指定的应用处于允许debug的模式，所以我们在上一篇文章中添加Log代码时，也在AndroidManifest.xml文件中添加了Android:debuggable = true的标签。

在未绑定门锁的手机中，数据库应该是空的。空数据库的填写方式如图3-1所示。除了product_info外，还有一个module_addr字段需要注意，这个字段应该填写门锁的蓝牙地址，这个地址可以在门锁附近，使用nRF Connect扫描周围设备获取。

图3-1 app数据库填写方式

数据库填写完成后，使用ADB指令推送回手机，即可使用该手机控制门锁了。如图3-2所示，手机最初并没有绑定门锁，在我们将数据库推送进手机后，重启app，会发现手机开始尝试与门锁建立连接，稍等片刻连接建立之后，就可以直接用这个手机打开门锁了。

图3-2 用未绑定门锁的手机打开门锁

4． 总结

本篇为耶鲁智能门锁的简单测试下篇，也是本专题的第四篇文章。在本篇中，我们介绍了用于嗅探BLE通信的USB Dongle，并借助这个Dongle分析了门锁和手机的BLE通信数据，完成利用Yale门锁的安全问题实现未授权开锁。

这次对Yale智能门锁的研究仍然是从BLE入手，重点逆向分析了安卓手机端的app代码。而智能门锁种类繁多，开锁方式也不只有BLE这一种方式。在此后的文章中，我们会和大家分享更多的例子，大家如果有想要讨论或者分享的事情，欢迎发邮件到[email protected]。

作者：Light & Yimi Hu @ PwnMonkeyLabs

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