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對(duì) M6 智能健身手環(huán)進(jìn)行逆向工程(上)

2021-08-02
來源:嘶吼專業(yè)版
關(guān)鍵詞: 手環(huán) 逆向工程

  概述

  1、了解它的硬件

  2、弄清楚如何與它交談

  3、轉(zhuǎn)儲(chǔ)其庫(kù)存固件

  4、讓它運(yùn)行自定義代碼,最好利用它:

  GPIO 引腳(用于輸入和輸出)

  彩色顯示

  藍(lán)牙低功耗 (BLE) 功能

  硬件介紹

  拆開塑料外殼,我們看到了一些有趣的東西:

  Telink TLSR8232芯片系統(tǒng)(SoC)

  0.96 英寸(160x80 像素)彩色顯示屏

  一個(gè)約 100 mAh 的微型鋰電池和 USB 充電電路

  振動(dòng)電機(jī)

  一個(gè)(最有可能的)假心率傳感器

  核心組件

  印刷電路板全圖

  M6中的SoC是Telink TLSR8232(數(shù)據(jù)表),規(guī)格如下:

  32位中央處理器:封閉式架構(gòu)(通常稱為tc32,類似于ARM9,關(guān)于它的介紹并不多)和24 MHz 時(shí)鐘速度;

  16kB 的 SRAM;

  512kB 內(nèi)部閃存;

  用于低功耗模式的 32kHz 板載振蕩器;

  用于調(diào)試和編程的 SWS(Single Wire Slave)接口;

  集成藍(lán)牙低功耗 (BLE) 收發(fā)器;

  低功耗運(yùn)行(據(jù)稱在深度睡眠中約為 2 uA);

  幸運(yùn)的是,就在幾個(gè)月前,研究人員在其破解的小米溫度計(jì)中看到了Telink芯片。此時(shí),我用@atc1441 的替代固件重新刷了它。盡管它是不同的 SoC 模型,但這給了我一點(diǎn)希望和一個(gè)有價(jià)值的起點(diǎn)。

  焊盤

  焊盤 (Exposed-Pad),有些封裝具有裸露焊盤,用來改善器件散熱的焊盤。通常為非電氣絕緣,可根據(jù)電連接要求將其接地或電源。

  印刷電路板底部

  印刷電路板底部

  除了萬(wàn)用表、數(shù)據(jù)表,我什么也沒有,我試圖找到這些焊盤的連接位置。這就是我想出的:

  單線(又名 SWire 或 SWS)接口

  現(xiàn)在我們確定了手環(huán)的核心部件,如果你之前對(duì) ESP32 進(jìn)行過編程,你可能會(huì)依賴其引導(dǎo)加載程序并通過 UART 與它通信。如果你之前編程或調(diào)試過 ARM 微控制器,你可能使用了 SWD(串行線調(diào)試)協(xié)議。

  在Telink-land 中,類似的接口稱為Single Wire 或SWire。這就是應(yīng)用程序如何加載到其閃存中、如何讀取和寫入內(nèi)存以及如何在運(yùn)行時(shí)調(diào)試的方式。

  然而,當(dāng)我們嘗試了解有關(guān)此界面的更多信息時(shí),真正的挑戰(zhàn)才剛剛開始。在現(xiàn)實(shí)世界中,這些芯片是使用Telink官方的調(diào)試工具進(jìn)行調(diào)試的。

  研究人員在找到存儲(chǔ)庫(kù) TlsrTools 時(shí),其中有對(duì) SWire 協(xié)議的兩頁(yè)描述。這似乎是一個(gè)舊版本的Telink數(shù)據(jù)表的一部分,已經(jīng)被刪除。

  從 Pascal 到 Python

  在編程/調(diào)試芯片時(shí),通常有三個(gè)活動(dòng)部分:

  我們要編程的目標(biāo)板

  程序員硬件

  與程序員通信的計(jì)算機(jī)軟件

  計(jì)算機(jī)軟件的作用是向程序員硬件發(fā)送命令,并使其從目標(biāo)板讀寫數(shù)據(jù)。由于研究人員手邊沒有Windows設(shè)備,所以我實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基本的Python腳本,即 tlsr82-debugger-client.py,它作為計(jì)算機(jī)軟件組件工作。

  我們現(xiàn)在可以使用這個(gè) Python 腳本和 STM32 來解密 M6 手環(huán)中隱藏的信息。設(shè)置如下:

基于 STM32 的替代編程設(shè)置

  SWire 規(guī)范

  顧名思義,單線用于在兩個(gè)設(shè)備之間來回傳輸數(shù)據(jù)。在我們的例子中,STM32 編程器(主)和目標(biāo)板(附屬)。沒有像 SPI 或 I2C 那樣單獨(dú)的時(shí)鐘線。單線拓?fù)湓试S兩個(gè)設(shè)備通信,但它們不能同時(shí)通信。換句話說,我們可以將 SWire 稱為異步、半雙工接口。

  這意味著:

  異步:由于沒有共享時(shí)鐘,兩個(gè)設(shè)備必須以某種方式采用兼容的讀寫速度;

  半雙工:每個(gè)設(shè)備必須知道什么時(shí)候應(yīng)該監(jiān)聽消息,什么時(shí)候允許傳輸消息。

  為了實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào),SWire 協(xié)議將責(zé)任歸屬于主盤和附屬設(shè)備。主盤負(fù)責(zé)發(fā)起通信并管理數(shù)據(jù)傳輸之間的總線邏輯層。從盤負(fù)責(zé)在預(yù)期的時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)。下面我將一些真實(shí)世界的例子放在一起,以便更清楚地說明這一點(diǎn)。

  發(fā)送單個(gè)位

  首先要注意的是位是如何在線路中編碼的。每個(gè)位以五個(gè)時(shí)間單位傳輸:

  要發(fā)送 0,請(qǐng)保持 1 個(gè)單元的低電壓和 4 個(gè)單元的高電壓;

  要發(fā)送 1,保持低電壓 4 個(gè)單位時(shí)間和高電壓 1 個(gè)單位;

  具體來說,這是我用邏輯分析儀捕獲的真實(shí) SWire 傳輸:

  SWire 中 0 和 1 的示例

  在上面的截圖中,標(biāo)記為 25 和 26 的標(biāo)志之間有 8 位正在傳輸,但是很難解碼。

  發(fā)送單個(gè)字節(jié)

  我們現(xiàn)在知道為了傳輸一個(gè)完整的字節(jié),SWire 協(xié)議規(guī)定需要 9 位:

  位 1:cmd 位。0 指定消息包含數(shù)據(jù),1 指定消息是命令;

  位 2-8:消息內(nèi)容(8 位);

  低級(jí)別的一個(gè)時(shí)間單位表示消息結(jié)束;

  另外,讓我們看一下 0xb0 字節(jié)的真實(shí)示例傳輸:

在 SWire 中發(fā)送一個(gè)字節(jié)的示例

  發(fā)送最后一個(gè)低級(jí)別后,總線被釋放并恢復(fù)到其自然高電壓。換句話說,SWire 數(shù)據(jù)總線被拉高。

  寫入請(qǐng)求

  如上所述,單個(gè)位和字節(jié)是如何在線路中編碼的。接下來,我們來看看SWire協(xié)議是如何指定要寫入特定地址的字節(jié)的。在該示例中,主盤希望將一個(gè)字節(jié)b寫入從盤內(nèi)存中的地址addr。

  為此,主盤必須發(fā)送一個(gè)字節(jié)序列,每個(gè)字節(jié)都按照上一節(jié)所述進(jìn)行編碼:

  START字節(jié),這個(gè)值總是 0x5a;

  目標(biāo)addr的最高有效8位;

  目標(biāo)addr的最低有效8位;

  RW_ID字節(jié),最重要的位應(yīng)該設(shè)置為0,用于寫入操作;

  字節(jié)值 b;

  END字節(jié),它的值始終為 0xff;

  讓我們看看下面的例子:

  在 SWire 中寫入數(shù)據(jù)的示例

  在這個(gè)例子中,我們可以看到字節(jié) 0x05 被寫入從盤的內(nèi)存地址 0x0602。

  SWire 協(xié)議的變體

  值得注意的是,至少存在一個(gè)SWire協(xié)議的變體。在另一種變體中,主盤在 START 字節(jié)之后發(fā)送 3 個(gè)字節(jié)的 addr,而不是在我們的 SWire 協(xié)議中僅發(fā)送兩個(gè)字節(jié)。例如,Telink 的 TLSR8251 SoC 中采用了 3 字節(jié)變體,用于我們上面提到的小米溫度計(jì)。在 ATC_MiThermometer 存儲(chǔ)庫(kù)中基于 Python 的閃光器中,我們可以看到在從主盤到從盤的讀/寫請(qǐng)求中指定了 3 個(gè)字節(jié)的 addr。

  寫入多個(gè)字節(jié)

  這是寫入單個(gè)字節(jié)要花費(fèi)的能力,幸運(yùn)的是,該協(xié)議讓我們一次寫入多個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。為此,主盤只需發(fā)送一個(gè)字節(jié)序列,而不是像上面示例中的單個(gè)字節(jié)。




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