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對 M6 智能健身手環進行逆向工程(上)

2021-08-02
來源:嘶吼專業版
關鍵詞: 手環 逆向工程

  概述

  1、了解它的硬件

  2、弄清楚如何與它交談

  3、轉儲其庫存固件

  4、讓它運行自定義代碼,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(SoC)

  0.96 英寸(160x80 像素)彩色顯示屏

  一個約 100 mAh 的微型鋰電池和 USB 充電電路

  振動電機

  一個(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(數據表),規格如下:

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

  16kB 的 SRAM;

  512kB 內部閃存;

  用于低功耗模式的 32kHz 板載振蕩器;

  用于調試和編程的 SWS(Single Wire Slave)接口;

  集成藍牙低功耗 (BLE) 收發器;

  低功耗運行(據稱在深度睡眠中約為 2 uA);

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

  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

  除了萬用表、數據表,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

  現在我們確定了手環的核心部件,如果你之前對 ESP32 進行過編程,你可能會依賴其引導加載程序并通過 UART 與它通信。如果你之前編程或調試過 ARM 微控制器,你可能使用了 SWD(串行線調試)協議。

  在Telink-land 中,類似的接口稱為Single Wire 或SWire。這就是應用程序如何加載到其閃存中、如何讀取和寫入內存以及如何在運行時調試的方式。

  然而,當我們嘗試了解有關此界面的更多信息時,真正的挑戰才剛剛開始。在現實世界中,這些芯片是使用Telink官方的調試工具進行調試的。

  研究人員在找到存儲庫 TlsrTools 時,其中有對 SWire 協議的兩頁描述。這似乎是一個舊版本的Telink數據表的一部分,已經被刪除。

  從 Pascal 到 Python

  在編程/調試芯片時,通常有三個活動部分:

  我們要編程的目標板

  程序員硬件

  與程序員通信的計算機軟件

  計算機軟件的作用是向程序員硬件發送命令,并使其從目標板讀寫數據。由于研究人員手邊沒有Windows設備,所以我實現了一個基本的Python腳本,即 tlsr82-debugger-client.py,它作為計算機軟件組件工作。

  我們現在可以使用這個 Python 腳本和 STM32 來解密 M6 手環中隱藏的信息。設置如下:

基于 STM32 的替代編程設置

  SWire 規范

  顧名思義,單線用于在兩個設備之間來回傳輸數據。在我們的例子中,STM32 編程器(主)和目標板(附屬)。沒有像 SPI 或 I2C 那樣單獨的時鐘線。單線拓撲允許兩個設備通信,但它們不能同時通信。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:由于沒有共享時鐘,兩個設備必須以某種方式采用兼容的讀寫速度;

  半雙工:每個設備必須知道什么時候應該監聽消息,什么時候允許傳輸消息。

  為了實現協調,SWire 協議將責任歸屬于主盤和附屬設備。主盤負責發起通信并管理數據傳輸之間的總線邏輯層。從盤負責在預期的時間發送數據。下面我將一些真實世界的例子放在一起,以便更清楚地說明這一點。

  發送單個位

  首先要注意的是位是如何在線路中編碼的。每個位以五個時間單位傳輸:

  要發送 0,請保持 1 個單元的低電壓和 4 個單元的高電壓;

  要發送 1,保持低電壓 4 個單位時間和高電壓 1 個單位;

  具體來說,這是我用邏輯分析儀捕獲的真實 SWire 傳輸:

  SWire 中 0 和 1 的示例

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

  發送單個字節

  我們現在知道為了傳輸一個完整的字節,SWire 協議規定需要 9 位:

  位 1:cmd 位。0 指定消息包含數據,1 指定消息是命令;

  位 2-8:消息內容(8 位);

  低級別的一個時間單位表示消息結束;

  另外,讓我們看一下 0xb0 字節的真實示例傳輸:

在 SWire 中發送一個字節的示例

  發送最后一個低級別后,總線被釋放并恢復到其自然高電壓。換句話說,SWire 數據總線被拉高。

  寫入請求

  如上所述,單個位和字節是如何在線路中編碼的。接下來,我們來看看SWire協議是如何指定要寫入特定地址的字節的。在該示例中,主盤希望將一個字節b寫入從盤內存中的地址addr。

  為此,主盤必須發送一個字節序列,每個字節都按照上一節所述進行編碼:

  START字節,這個值總是 0x5a;

  目標addr的最高有效8位;

  目標addr的最低有效8位;

  RW_ID字節,最重要的位應該設置為0,用于寫入操作;

  字節值 b;

  END字節,它的值始終為 0xff;

  讓我們看看下面的例子:

  在 SWire 中寫入數據的示例

  在這個例子中,我們可以看到字節 0x05 被寫入從盤的內存地址 0x0602。

  SWire 協議的變體

  值得注意的是,至少存在一個SWire協議的變體。在另一種變體中,主盤在 START 字節之后發送 3 個字節的 addr,而不是在我們的 SWire 協議中僅發送兩個字節。例如,Telink 的 TLSR8251 SoC 中采用了 3 字節變體,用于我們上面提到的小米溫度計。在 ATC_MiThermometer 存儲庫中基于 Python 的閃光器中,我們可以看到在從主盤到從盤的讀/寫請求中指定了 3 個字節的 addr。

  寫入多個字節

  這是寫入單個字節要花費的能力,幸運的是,該協議讓我們一次寫入多個數據字節。為此,主盤只需發送一個字節序列,而不是像上面示例中的單個字節。




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