对一款BLE灯泡的分析

简介

以一款智能灯泡为例，对BLE设备的分析方法进行简单介绍，同时对上一篇文章中的BLE基础知识做一个回顾。

本篇选用LifeSmart智能灯泡为研究目标。LifeSmart公司有一款app可以对旗下的各种智能设备进行控制，本篇选用的BLE智能灯泡同样可以用该app调节灯泡的亮度和颜色等。备注：LifeSmart公司的各种产品可以在淘宝直接买到，其app也有公开的下载链接。

App的控制界面如图1.1所示

图1.1 app控制界面

按照LifeSmart的使用逻辑，每个BLE灯泡都必须完成绑定之后，才能正常使用。我们本次的分析目的是，不经过绑定过程，而直接控制灯泡，如改变颜色或者亮度等。

分析过程

2.1 获取BLE通信内容的方法

要分析app如何对灯泡进行控制，最直观的方法就是观察一下手机app通过BLE给智能灯泡发送了什么数据。我们有三种常用方法用于获取这些BLE通信内容：

1）HCI Log。由Android系统提供，蓝牙的所有日志都包含内在，内容十分全面，但是需要完成一次蓝牙通信之后从手机中导出阅读。

2）app分析。通过逆向分析app，查看app打印的日志，或者Hook关键函数，也能够获取蓝牙通信的内容。

3）BLE嗅探。通过BLE嗅探工具，直接嗅探周围BLE通信的数据，但如果BLE通信有加密则无法嗅探有价值的内容。

在本篇的案例中，我们直接采用第二种方法，即app分析。因为该app并没有屏蔽日志输出，所以程序运行时会直接将日志打印出来，我们只要分析并阅读日志就可以完成绝大部分工作。

2.2 app日志分析

本篇的分析目标比较简单，其app日志直接打印出了每次BLE通信的内容，因此我们只要查看其日志，就可以分析手机与灯泡之间的通信内容。

App日志可以通过DDMS、ADB或其他工具查看，如AndroidKiller等，我们直接选择一种比较简单的方式，即通过AndroidKiller查看。AndroidKiller是一款免费的用于Android APK逆向分析的可视化工具，虽然已经很久不更新了，但依旧很好用。

调整灯泡亮度时，Android Killer打印出来的日志如图2.1所示

图2.1 调整亮度时的app日志

多次通过app调整灯泡亮度后，将相关的日志逐条挑出，然后并列放在一起做对比分析，如图2.2所示。

图2.2 app日志对比

图2.2中，可以看到App打印出了以下信息：

灯泡地址：类似于网卡的MAC地址，每个灯泡都有一个独一无二的地址；

Service UUID和Characteristic UUID：正如本专题第一章所述，BLE通信实际上是对Service和Characteristic的读写，而Service和Characteristic用其相应的 UUID标识；

消息内容：二进制形式的BLE通信内容，多次调整亮度之后，通过对比每次通信内容，可以发现有一个字节数值的大小与亮度百分比成正比。

结果实现

有了第二章的分析结果，本章将尝试在任意未绑定BLE灯泡的手机上，通过发送BLE消息来控制灯泡亮度。

3.1 nRF Connect介绍

nRF Connect是一款由Nordic Semiconductor公司开发的用于调试BLE设备的免费app，分为iOS和Android两个版本。这里使用Android版本的nRF Connect进行后续工作。nRF Connect有三个常用功能：

A、扫描周围设备，并显示设备信息。如图3.1所示，

图3.1 nRF Connect Scan界面

在Scanner界面下，点击右上角的SCAN按钮开始扫描。在本专题第一篇文章中，我们介绍了Master和Slave的各种状态，nRF Connect扫描时，Android手机作为Master，会接收周围各个Slave发出的广播包，这些广播包里包含了Slave的信息。点击扫描到的设备会展示nRF Connect从该设备的广播包里解析出来的信息，在详细信息页面中点击RAW按钮，会显示该设备广播包的原始二进制数据。

B、与BLE设备进行通信

在Scanner界面下，点击CONNECT按钮即可向设备发起连接，连接建立之后就可以进行通信了，如图3.2所示。

图3.2 与BLE设备进行通信

读取Characteristic即为手机接收BLE设备的消息，写入Characteristic则代表向BLE设备发送消息。

C、作为Advertiser发送广播包

此外，nRF Connect还可以作为Slave，进入Advertiser状态，向周围不断地发送广播，如图3.3所示。

图3.3 模拟Advertiser状态

在Advertiser状态下会持续发送广播包，广播包中包含了对于本设备的简单描述信息，nRF Connect可以模拟其中5个基本信息，如TX power、Manufacturer Data等。

3.2 控制灯泡亮度

结合日志的分析结果，可以使用nRF Connect完成灯泡亮度的控制，具体的操作步骤如下：

1）在nRF Connect中，通过设备的MAC地址，找到需要操作的灯泡，如图3.4所示；

图3.4 在Scanner状态下找到灯泡

2）与灯泡建立BLE连接，并找到需要写入的Service和Characteristic的UUID，如图3.5所示；

图3.5 与灯泡建立BLE连接

3）以hex形式，向Characteristic写入控制灯泡亮度的通信数据，如图3.6所示。

图3.6 向Characteristic写入数据

我们直接将灯泡亮度设置为0%，如图3.7所示，点击SEND之后，可以看到灯泡的亮度随之出现了变化

图3.7 调整灯泡亮度为0

4. 总结

我们在这篇文章中，从app日志入手，分析了智能灯泡的BLE通信内容，随后使用nRF Connect直接与灯泡进行BLE通信，从而实现控制灯泡亮度的目的。上述分析表明，LifeSmart与BLE智能灯泡之间并没有严格的绑定关系，所谓的“绑定”步骤，仅仅是app本地登记一下需要控制的智能灯泡，方便了下次操作，但BLE智能灯泡本身并不知道自己被绑定给了谁。