Revertendo Firmware - Conversando com o seu $device

No artigo anterior, discutimos como encontrar informações importantes para se comunicar com seu dispositivo. Neste, vamos falar sobre uma abordagem genérica antes de reverter o código do firmware de fato.

Objetivos

A coisa mais importante durante o processo a partir de agora  é saber quais perguntas você quer responder. Se você começa a querer entender tudo, sem focar, no final acaba perdido numa montanha de informações sem sentido.

Dê uma de Jack, O Estripador clássico: entenda tudo, mas por partes. Eu normalmente começo procurando o protocolo de comunicação no caso dele não estar documentado. Após isso quero entender geralmente o algoritmo usado para autenticação ou o gerador de senhas ou algo que me dê acesso a dados interessantes que possam ser usados em outros $hardware iguais. Normalmente a segurança de sistemas embarcados não é muito boa nisso: todos os hardware precisam de alguma forma de identificação única presente no firmware. Como você solucionaria o problema pensando em larga escala?

Conversando com o seu $sistema

A melhor parte e o principal diferencial da análise de hardware é ter o bare metal (o equipamento físico) nas suas mãos. Ter acesso aos sinais eletrônicos, poder medir frequências e VER como o sistema trabalha (adicionar LEDs em todos os circuitos possíveis e adaptar a frequência por exemplo, sempre lindo!) são coisas que fazem o coração palpitar bem mais do que algumas linhas de código. Acredite ? Sem muita informação prévia e com alguns equipamentos baratos, é possível obter dados interessantes para a análise. Poderíamos começar a controlar o tráfego de dados usando o analisadores lógicos simples e ao mesmo tempo podemos usar equipamentos mais avançados para medir o consumo de energia no processo de inicialização do hardware com tanta precisão, que poderíamos deduzir possíveis valores de chaves privadas - é pura ciência, física ? - e claro que funciona em condições ideais, como aprendemos na escola.

Fluxo de dados na PCB

Não adianta muito ter dados se você não pode ler, escrever ou transferi-los de alguma maneira. Olhar a placa deve ser suficiente para entender como o fluxo de dados ocorre, simplesmente pensando na posição do CI (Circuito Integrado) e das marcas na PCB, ou seja, na placa. Outra coisa importante: quase todas as plaquinhas têm uma datasheet voando na !nternetz e acessível publicamente, contendo toda a informação técnica (da pinagem, voltagem e o PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO). Sempre vale a pena usar o DuckDuckGo antes de começar a ter dores de cabeça por algo que esta documentado, certo?

Vamos começar sem gastar muito $$$:

Procure a fonte!

Quem esta começando agora pode não ter todas as ferramentas disponíveis ou não ter acesso a uma oficina / laboratório. Por isso, vamos dump o código direto do hardware e abrir mao do contexto - que teríamos no caso da leitura dos dados no hardware - mas economizaremos dinheiro e teremos acesso a toda informação possível do $device. 

Acesso ao firmware e memória

Dumpe o código do CI e o descomprima. Essa é a parte mais fácil e mais difícil de todo o processo, mas para isso você não precisa de nenhum equipamento e pode usar várias ferramentas de graça (algumas inclusive de código aberto).

Como eu falei anteriormente, é possível achar na Internet os datasheets (documentação completa, normalmente em PDF) de quase todos os dispositivos. Ache a datasheet para o seu CI e assim não terá necessidade nem de identificar a pinagem nem de reverter o conjunto de instruções necessárias para a comunicação. Algo também importante é saber como parar a comunicação entre o seu CI e os outros pontos de comunicação da placa, pois isso pode interferir na leitura dos dados. Como interromper o fluxo de dados depende bastante do circuito que você esta analizando.

Mas eu preciso desoldar?

Esse seria o caminho mais óbvio certo? Não quer interferência, desconecte seu CI da placa e vai para o abraço. Esse método te dá controle total sobre o seu CI ? O problema aqui é que esse processo requer experiencia e TEMPO.

A ideia deste artigo é para ser algo mais simples e barato, então tente evitar essa situação e pense em ideias mais "criativas". Normalmente é possível conectar os dispositivos num osciloscópio ou voltímetro para monitorar e ter certeza que não há interferência dos sinais de cada pino do CI. Fique atento nos outros componentes, se algum tráfego de dados está ocorrendo (instale por exemplo um monitor na outra porta UART). Se algum tráfego ocorrer, daí não tem outro jeito a não ser desconectar o seu CI - use um fim de semana. ?

Assim que o seu CI estiver isolado, conecte ele a qualquer aparelho que "fale" o mesmo protocolo e comece a ler a memória bloco por bloco. Isso pode demorar, por isso aconselho quando começar a leitura, vá a cozinha e faça um café! ?

Dumping os dados

Criar suas próprias ferramentas pode ser super divertido, mas custa tempo e é bem mais fácil quando você sabe o que está procurando. Por enquanto, podemos usar vários projetos de código aberto disponíveis:

Para fazer o dump, flashrom é uma das ferramentas populares. É facil de usar, cheia de bugs mas tem suporte para várias arquiteturas diferentes. Funciona muito bem no Rasperry Pi. ?

Normalmente vale a pena usar o comando file para ter uma ideia do tipo de arquivo que você esta lidando. Se ele não te ajudar em nada, tem o famoso binwalk.

Os logs do binwalk the darão os endereços importantes. Então agora podemos usar o dd e dividir o seu binário em segmentos específicos. O comando dd precisa dos parâmetros bs (block size), do skip (offset) e o count (que aqui signifca quantos blocos você tem/quer copiar). Normalmente você terá pelo menos 3 blocos:

1. O bootloader.bin: geralmente não esta criptografado pelo fato do microcontrolador não poder descriptografar.
2. O mainkernel.bin: se você tiver sorte será algum kernel Linux. Esse é o firmware que controla o bare metal. ? Geralmente o mais divertido de ler e várias vezes comprimido - use o file novamente para saber como descomprimir.
3. O mainrootfs.bin: para quem entende um pouco de Linux e sistemas BSD, esse é o sistema de arquivos, contendo todos os arquivos com configurações, os binários do sistema, etc. Use novamente o file para verificar se está comprimido.

No caso da imagem estar criptografada, é possível quebrá-la utilizando o fcrackzip. 

No próximo artigo eu vou tentar entrar em detalhes desses três binários - vamos ver se eu acho algum hardware interessante. ?