手头有一个马蹄形状的自行车锁，手机通过蓝牙可以操作开锁。正好最近在学习低功耗蓝牙（BLE）协议，就拿它练练手。

一

抓包

网上有挺多抓包方式，包括手机端HCI，这里推荐国外的开源项目Sniffle。Sniffle是英国网络安全公司NCC Group在2019年底开源的一个基于使用TI CC1352/CC26x2硬件的蓝牙5和4.x LE嗅探器（抓包工具），最新的release版本是2022年8月发布的1.7。使用Sniffle需要购买指定的蓝牙开发板，并刷入固件才能使用，电脑通过串口与蓝牙开发板通信。

Sniffle项目中fw文件夹是固件源码，如果只是抓包的话，在Sniffle项目release1.7中有上传的编译好的固件，根据型号下载。

搜索相关资料得知，可以在TI网站上安装UNIFLASH软件来进行刷固件：https://www.ti.com/tool/UNIFLASH?keyMatch=&tisearch=search-everything&usecase=software%23downloads#downloads

抓包测试：

Sniffle抓包方式是开发板抓到数据之后，通过串口发送给PC，PC收到数据包之后再根据设定条件来过滤数据，最后根据参数决定是否保存成pcap文件。因此需要用参数-s 指定某个串口，串口可以通过设备管理器查看，共有两个，选择UART的串口：

从README中可以知道python_cli中的sniff_receiver.py为抓包脚本，支持多个参数，这里简单介绍下常用的设置：
-a 只抓广播包，不知道设备mac地址的情况下，可以用此参数
-m 只抓特定mac地址的数据包，可以从广播包中分析出目标设备mac地址
-o 抓包结果保存到pcap文件

下图是命令sniff_receiver.py -s COM7 -m xx:xx:xx:xx:xx:xx -o data.pcap的显示：

下图是保存的pcap文件中的BLE开始连接过程截图：

至此抓包工作完成，下面开始分析数据包。

二

分析数据包

根据BLE协议栈，链路层主要是维持连接，我们暂时不关注链路层，所以使用wireshark显示过滤器btatt只显示att协议数据包。

前面主要是GATT的过程，这里只简单介绍一下：GATT层定义了一个4层树形框架，其中根节点为Profile(配置)，它有不同的Services(服务)，不同的服务有不同的Characteristics(特征)，不同的特征通过一个具体的Value(值)或者Descriptor(描述符)来定义。网上关于GATT的资料很多，看的迷迷糊糊地，反正是没特别明白这东西。大致意思就是通过GATT交互可以知道BLE设备有哪些接口，这些接口是可读/可写等等。

可以把GATT当做接口说明，是固定的，跟应用层交互关系不大，直接跳过。往下翻在215帧Sent Write Command, Handle: 0x000d出现了可变数据，很大概率是应用层数据。

简单查看后续数据包发现所有的发送数据包长度都是16字节，无可见字符串与00等数据，很明显是加密了，大概率是AES（因为16字节正好一整行，并且安卓上对称加密普遍采用AES）。

有加密就要有密钥交换方式，有的开发者采用固定字符串在代码中写死，有的是动态传输或计算的，比如SSL的密钥交换算法。一帧一帧的往前翻数据包，发现第一个应用层数据帧在214帧：

这一帧是Handle Value Notification，之前没有Master发送给Slave的应用层数据，并且这个数据长度超过16，多次抓包前面的14 00 80是固定的，根据经验猜测是每次开始通信之前，Slave先把本次会话密钥发送给Master，一次一密，防止重放攻击。

三

逆向APP分析

既然数据包加密了，再分析pcap就没有啥意义了，于是打开jadx开始逆向APP。首先搜索AES，简单翻找后发现提取key的方式：

这里的20不就是刚才数据包开头的0x14么，密钥是从下标3开始的，0x15的话是从下标4开始。最开始看数据包还有疑问，为什么前3个字节不变的情况下，后面是17个随机字节而不是16呢？看到代码就明白了有两种情况，干脆生成17个字节，各取所需。

再看加密函数，ECB模式无IV，无填充，直接拿key解密后续数据就行。

这里有个疑问，ECB模式要求数据16字节对齐，不填充怎么凑齐16字节？直到解密数据后发现：

好家伙，怪不得不用填充，自己手动填充了00。填充00意味着得有地方写明长度，不然末尾字节恰好为00咋办？继续逆向看代码吧。

通过logcat可以知道，command和command2就是发送的数据包，在调用mBleService.sendMessage之前进行了加密。那数据的组包就是getCommand干的了。继续进入getCommand发现jadx出错无法显示：

于是祭出版主的GDA：

通过GDA的逆向分析，弄清出了组包格式。
数据包示例：08 01 02 000D9038 E0
长度：1字节，包含自身的有效数据长度
方向：1字节，0表示BLE设备回复，1表示发送给BLE设备
功能码：示例中02表示验证密码，05表示开锁
参数：不同功能码参数数量和长度不同，具体可看getCommand函数。示例中0xD9038换算成十进制是888888，即锁的密码（这个锁限制密码只能是6位数字）
校验码：前面的数据逐字节相加，最后与上0xFF

通过简单分析不难弄懂开锁流程：
1、蓝牙完成连接后，锁主动发送本次会话密钥给手机端；
2、手机端生成确认密钥功能码并加密发送，锁再回复确认数据包；
3、手机端将十进制密码转成16进制，发送验证密码功能包，锁回复验证结果；
4、如果密码正确，手机端点开锁会发送05开锁功能码打开锁；
5、开锁完成后，锁马上主动断开连接，节省功耗。

中间有穿插时间戳同步的数据包，就不多介绍了。这里额外提一句：逆向最怕的是无法反编译、反汇编，GDA还是很强大的，只要能反编译，再难看也能给他一点点的梳理明白。有总比没有强！

四

电脑发包解锁

既然已经搞清楚了加解密方式，并且数据包已经解密，那我们构建数据包通过电脑发送过去，一方面能验证加密，另一方面也能熟悉电脑端蓝牙怎么使用。说干就干，网上一通资料查找，说是PC端Python环境下，只有bleak库支持低功耗蓝牙（文章是几年前的，不确定现在其他库是否支持）。安装完bleak库，在examples文件夹里有不少示例，网上也有不少代码可以参考。下图是其中一个示例代码：

可以看到bleak用起来还是很简单的，给定设备的mac地址，之后就是连接、配对（BLE多数不用配对）、收、发完事。针对锁的流程，我们将发包过程写在了数据包接收的回调函数中：

已知密码的情况下，上述代码可以直接使用电脑完成开锁。

五

第一代远程开锁

通过以上工作，算是初步掌握了BLE蓝牙的一些基本协议和使用，比如GATT就是BLE设备（服务器）的接口说明，定义了一些Characteristics(特征)的读、写、通知权限，PC/手机（客户端）通过Characteristics可以实现与BLE设备通信。Characteristics在代码中是UUID形式，在数据包中是以Handle形式，Handle与Characteristics是一一对应的，对应关系是在GATT中定义。

只是电脑开锁，还需要密码。进一步探索发现APP中有远程开锁的功能，用户在输入密码之后会生成一个有效期10分钟的临时密码，发送给车附近的好友，就可以通过点击输入临时密码按钮开锁。如下图：

经过测试，这个锁是3年前的，属于第一代远程开锁。通过解密分析临时密码开锁数据包如下：

08 01 06 6532E77A 07

密码开锁功能码是05，这个临时密码是06，但是参数怎么和密码开锁一样是4个字节呢？继续去逆向APP找代码，第一代远程开锁临时密码生成函数如下：

参数str就是用户的密码，比如888888，临时密码就是时间戳与密码异或了一下。如此简(Fu)单(Yan)的算法，那10分钟有效是怎么实现的？因为锁的固件没有获得，只能猜测锁收到后与密码进行异或还原时间戳，然后判断是否(当前时间戳-还原时间戳)≤600。怎么验证呢？

一番思索后发现，这个异或操作将密码的精确判断和时间戳的范围判断混在了一起，聪明的读者可能会想到一个问题，还原的时候只是拿密码进行了运算，并没有对密码精确判断（临时密码丢失了密码信息，也无法精确判断）。如果以上推断成立的话，保证时间戳相差很少的情况下，那么理论上密码就可以范围一些。怎么验证？很简单，输入一个相近的密码比如888886来生成临时密码，如果这个临时密码能开锁就验证推断正确。

实验证实了猜测，在临时密码那里，888886一样可以开锁！那这个……岂不是可以爆破？

这个锁密码必须是6位数字且不能以0开头，那范围从100000到999999，总共是90万个可能。10分钟有效就是600秒，考虑到时间戳本来可能就差几秒，我们取590来计算，900000/590≈1525。也就是说时间戳在10秒以内，我们最多尝试1525次就可以开锁！当然，这个爆破的前提是锁不限制次数和频率。先生成爆破代码试试：

经过实验发现没有限制可以爆破，时间上来看，1秒钟至少可以尝试10次以上，最长在2分钟多一点就可以解锁，平均在1分钟多一些就可以爆破成功。

进一步分析，通过临时密码成功开锁的遍历密码与真实密码之间相差最多600，我们可以再回到密码开锁的方式，最多尝试600次就可以获得真实密码，差不多再花费1分钟。

综上，无密码情况下可以实现2分钟左右开锁，再花1分钟即可获得精确密码，这个异或的设计真是“神来之笔”。

六

第二代远程开锁

第一代临时密码这么大的坑，那么有理由相信第二代远程开锁理论上应该功能更多，安全性更强。但是笔者没有二代锁，所以没法进行尝试。这里贴出来逆向代码：

第一代临时密码参数只有真实密码一项，有效期固定10分钟。第二代临时密码有效期最长居然能有一年(365天)，如果算法设计不佳，那岂不是稀释的更厉害？createTempPwd2G函数的逆向可以通过GDA来分析，这里就不贴出来生成过程了。由于密码长度限制前几位是0，而时间戳前几位短时间内又不变，一代算法异或后前几位是不变的，二代临时密码在设计上增大了随机性，但是就笔者经验来看安全性依旧堪忧。只是没有二代锁，无法验证，就此停笔。

七

结论

在这个万物互联的时代，形形色色的产品层出不穷，受限于产品竞争压力，各个厂商首先要做的是功能迭代，在安全性上不会投入太多精力，毕竟首先要生存下来再说安全性，因此笔者对锁的安全性设计并不感到意外。本文重点是展现了BLE抓包方法，以及过程中分析的思路，希望能对刚入行的新人起到参考作用。

看雪ID：supertyj

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原文始发于微信公众号（看雪学苑）：蓝牙马蹄锁分析过程