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  • Revertendo Firmware - Por onde começar?

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    barbieauglend

    barbie's hardware 101

    Primeiro passo: Procure por portas de Debug
        
    Na verdade, esse deveria ser o passo zero, já que a primeira coisa que devemos fazer antes de começar qualquer outra coisa é dar uma boa olhada no hardware que você tem na mão.

    Nesse processo, faça uma lista das portas físicas que você tem acesso, conte os pinos que você vê, etc. O seu foco aqui é achar a porta de debug que geralmente é deixada na placa para reparos e suporte técnico.

    Essa porta está disponível em qualquer dispositivo (estamos falando de sistemas embarcados), ou seja, as queridas impressoras, câmeras de segurança, a torradeira no canto da cozinha, o roteador, etc. Outro fato importante: todo dispositivo mais complexo é um pouco mais fácil, pois estará provavelmente usando alguma versão do kernel Linux (que é open source :D). Se você não ver nenhuma porta de Debug diretamente, não desista. Muitas vezes elas estão um pouco escondidas e você terá que abrir o aparelho ou até romper algum lacre. 😉

    As portas de debug são normalmente do tipo serial, UART, possuem de 4 a 6 pinos, e são literalmente desenhadas na placa. Sim, na PCB (placa) geralmente há uma marcação para a porta de debug, contornada, esperando para ser achada. 🙂 Como elas são feitas para o suporte técnico usar, elas não são cobertas, não tem um plug bonitinho esperando por você... Os conectores ou as ilhas (os buraquinhos na placa onde os fios ou terminais de componentes são soldados) vão estar soltos, sem proteção e não estarão conectados a lugar nenhum no dispositivo.

    Aqui o exemplo da placa do roteador FritzBox 4020:

    fritzbox_4020_.jpg.950215e65f57d8f08af59cf3b45735a3.jpg

    Localize as ilhas/conectores que não estão em uso e solde os pinos. Se a sua placa tem mais do que um CI (Circuito integrado), procure pelo principal e solde os pinos na porta que esta conectada a ele (geralmente a parte mais interessante está rodando lá de qualquer maneira!). Eu prefiro sempre soldar pinos para que fique mais fácil o acesso.

    Continuando

    É importante entender como o protocolo de transmissão da porta funciona. O protocolo de comunicação UART (Universal Asymchtonous Receiver / Transmitter) difere de outros protocolos de comunicação como o I2C, basicamente por ser um circuito físico do microcontrolador com a única função de transmitir e receber dados de forma serial. A parte boa é que por não ser de propósito geral como o USB, é possível transmitir dados usando apenas dois cabos entre dois dispositivos. Esse tipo de comunicação pode ser chamada de comunicação direta.

    Os dados são transmitidos do pino Tx (transmissor) da origem para o pino Rx (receptor) do destino.

    +-------+                      +-------+
    |                |                       |                |
    |          Tx +--           --> Tx            |
    |                |     `   . .  '         |                |
    |         Rx +-- .  ' `  .  --> Rx            |
    |                |                       |                |
    |      GND +----------+ GND      |
    |                |                       |                |
    +-------+                      +-------+

    Como o próprio nome diz, a transmissão de dados usando o protocolo UART é assíncrona, o que significa que não existe um relógio (sinal de clock) que sincronize os dados de saída do UART de origem com o os dados recebidos pelo UART de destino. Ao invés disso, o UART de origem adiciona bits de sinalização de "início" e  "fim" em cada pacote de dados transmitido. Esses bits irão então definir o começo e o final de um pacote de dados de uma maneira que o UART de destino sabe onde começar e onde terminar a leitura.

    Quando o UART de destino recebe um "bit de início", ele começa a ler os dados recebidos na frequência chamada de baud rate (taxa de transferência). Essa frequência é a velocidade de transmissão de dados em bps (bits por segundo) e os dois UART devem estar operando na mesma frequência (ou com um erro de no máximo 10%) e a estrutura dos dados deve ser a mesma para que a comunicação ocorra sem problemas.

    Achando o output de cada pino:

    Até agora sabemos que as portas seriais possuem entre 4 e 6 pinos. Algo importante é saber que eles operam de acordo com a seguinte especificação ou "pinagem":

    • Tx ou Transmitting: esse pino será conectado com o Rx do nosso leitor.
    • Rx ou Receiving: esse pino será conectado com o Tx do nosso leitor.
    • Vcc: POWER \o/ NÃO CONECTE! Geralmente 3.3V ou 5V.
    • GND ou Ground (terra): esse será conectado com o GND do nosso leitor.
    • (DTR e CTS) são dois pinos que não são obrigatórios e normalmente não são necessários. Talvez escreva mais sobre eles na próxima série! 🙂
    • Tx e Rx possuem o valor 1 / verdadeiro / ligado (por padrão).

    Proximo passo: Multímetro!

    Claro que você pode simplesmente olhar as conexões desenhadas na sua PCB e usar a técnica da "tentativa & erro", mas dependendo do dispositivo que você está analisando, pode acabar ficando caro 😉 Então o melhor é analisar um pouco mais a sua PCB antes de mandar sinais aleatórios e por fogo em tudo - been there, done that! not fun!

    E não é tão dificil assim 🙂 Geralmente um multímetro simples é o suficiente para nos oferecer a maioria das informações necessárias para dizer quem é quem na nossa plaquinha! Mas é claro que eu nunca direi não a um osciloscópio! 🙂

    O osciloscópio não só nos dá "informações suficientes para deduzir" quem é quem, mas nos mostra exatamente quem é quem, de acordo com as especificações esperadas:

    • O pino com valor 0V constante é o GND.
    • O pino com valores constantes 3.3V ou 5V deverá ser o Vcc.
    • Um dos pinos com valor flutuante próximo de 0V deve ser o Rx (faz sentido? Não? Pensa assim, Rx esta "escutando" mas não está conectado a nada ainda!)

    Yay! Agora que sabemos qual pino é qual, só falta saber a nossa taxa de transferência (baud rate) para montar o nosso leitor. Para descobri-la, a maneira mais facil que conheço é usando um analisador lógico: Conecte seus pinos, ligue (acione) a opção "análise de protocolo" e vai na adivinhação, simplesmente mudando o baud rate até você ver texto na saída de dados serial.

    Tendo o layout dos pinos e a taxa de transferência, nós podemos começar a nos comunicar com o dispositivo. \o/

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    • Por barbieauglend
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      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:
      O bootloader.bin: geralmente não esta criptografado pelo fato do microcontrolador não poder descriptografar. 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. 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. 🙂
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