BadUSB攻击全解：从原理到实践与防御

在2014年Black Hat大会上，Jakob Lell和Karsten Nohl首次公开展示了一种名为BadUSB的攻击技术，通过USB接口让USB设备能够成为攻击设备攻击具有USB端口的电脑。这项技术的出现彻底颠覆了人们对于USB安全的认知。

BadUSB原理

BadUSB攻击利用了USB设备设计上的缺陷，USB规范出于兼容性和免驱的考虑，并未严格限制USB设备类型的固定特征，攻击者可以通过重写USB设备的固件将一个普通的USB设备伪装成HID（Human Interface Device，人机交互设备），并利用HID（Human Interface Device）的交互性，将攻击载荷植入到HID中，将USB设备伪装为USB键盘，通过键盘输入固件中的指令，从而完成正常如键盘或鼠标的操作。由于是作为虚拟键盘进行操控，攻击载荷存放在USB设备的固件区域，因此杀毒软件无法扫描到BadUSB攻击。

从技术层面来看，只要能模拟键盘的设备（如Teensy、Arduino UNO/Leonardo、树莓派）均可实现BadUSB攻击效果。

用Arduino UNO实现BadUSB攻击

笔者没有选用最简单的小黄鸭设备写入程序，而是选择手头现成的Arduino UNO开发板（这样难度更大），其ATmega16U2芯片是Arduino开发板中作为电脑USB接口和主处理器串口的桥梁，之前版本中的UNO板中使用的是ATmega8U2芯片。ATmega16U2芯片运行的固件可以通过特殊的USB协议（即DFU，设备固件升级）来升级。

Arduino UNO默认使用最新版本的ATmega16U2固件，检查固件是否需要升级可以检查系统的设备管理器中Arduino串口的驱动信息。

根据上文BadUSB原理，要将Arduino UNO作为BadUSB的设备，需要将其改造为能够被电脑识别为HID设备，因此将ATmega16U2固件刷新为键盘固件程序，而刷固件需要将Arduino UNO设置到DFU（Device Firmware Upgrade）模式下，并使用Flip工具写入新的固件。

要基于Arduino UNO制作BadUSB，首先需要在UNO的默认固件（Arduino-usbserial-uno）下编写、编译和写入攻击代码，由于BadUSB的攻击基于模拟键盘输入，因此代码中需要使用HIDKeyboard库（https://github.com/SFE-Chris/UNO-HIDKeyboard-Library），Arduino官方的Keyboard库无法在默认固件下编译和上传，会报error: 'Keyboard' not found. Does your sketch include the line '#include <Keyboard.h>'，且不同于Arduino Leonardo，一旦将固件刷为HID，将无法上传代码，所以在刷固件前首先要写入攻击代码。

示例代码如下，该代码将通过run命令在浏览器中访问https://peirs.net。

#include <HIDKeyboard.h>HIDKeyboard keyboard;voidsetup() {    keyboard.begin();    delay(200);}voidloop() {    delay(10);     keyboard.pressSpecialKey(GUI);    keyboard.releaseKey();    delay(200);     keyboard.println("run");    keyboard.pressSpecialKey(ENTER);    keyboard.releaseKey();    delay(1000);    keyboard.println("https://peirs.net");     keyboard.pressSpecialKey(ENTER);    keyboard.releaseKey();    delay(10);    while(1);}

代码上传后，将Arduino UNO置于DFU模式，打开Flip软件并将arduino_keyboard程序写入固件即可将Arduino UNO伪装为键盘。

设置Arduino UNO处于DFU模式，首先需要用USB线连接Arduino与电脑，并让Arduino中的重置针脚短路（跳线连接下图中红点的针脚），以此重置8u2或16u2芯片。如果重置成功，在Arduino IDE中将不会出现串口信息（正常的串口信息会是COM3或COM5，根据不同的设备会有不同）。

接着运行Flip，选择目标设备是ATmega16U2，再选择通讯媒介是USB，USB协议传输打开后，左侧的Operation勾选框变为可选，最后通过Load HEX File，选择Arduino-keyboard-0.3.hex固件程序，点击Run刷入固件程序。

固件写入成功后，重新插入Arduino的USB连接线，即可看到Arduino UNO作为键盘被电脑识别，之前写入的代码也会运行（效果视频见原文链接）。

操作Flip的过程中，若出现AtLibUsbDfu.dll not found的错误，可以在设备管理器中，更新未知设备（unknown device）的驱动，选择驱动是Flip安装路径下的USB目录，完成后，在设备管理器中可见ATmega16U2的设备。

如果需要重新编辑代码，则需要重新设置Arduino的DFU模式，刷Arduino-usbserial-uno固件，刷新固件后，需要重新插入USB线，让电脑识别Arduino UNO串口，再编写、编译、上传代码。

BadUSB防御

虽然BadUSB攻击隐蔽性高、杀毒软件难以检测，但防御措施至少有三种。

BadUSB攻击巧妙利用了USB协议设计中的开放性与易用性，攻击成本低且隐蔽性极强，这意味日常生活中我们需要时刻警惕外部USB设备的安全风险。理解BadUSB的原理与防御方法，有助于进一步提升个人和企业面临此类安全风险的防范能力。

原文始发于微信公众号（洞源实验室）：BadUSB攻击全解：从原理到实践与防御