云丁鹿客门锁中bootloader和FreeRTOS的分析
Last updated
Last updated
在此前的文章中，我们已经分析过了云丁鹿客智能门锁，当时直接用SWD调试器定位到了关键代码，这种分析方法固然好，但却跳过了很多有价值的地方。本篇文章中，我们回过头来从另一个角度分析这个设备，即从设备上电开始的第一条代码开始分析，一点一点理解整个固件的内容。
bootloader是设备上电之后首先运行的一段程序，它会完成必要的初始化操作，并引导操作系统的加载。在我们拿到设备固件，并顺利通过IDA载入固件之后，可以看到解析出的内容仅是完整固件的一小部分，而更多的固件内容还是未解析状态。这被解析出来的一小部分，其实就是设备的bootloader部分代码。
为帮助我们分析这个云丁鹿客的智能门锁，我们可以尝试接通设备的串口。串口的位置就在SWD接口的旁边，可以参考云丁鹿客智能门锁系列第二篇中的图3-1。此时，给设备上电，是可以看到串口有字符串输出的，如下图所示：
上图中，前几条字符串是可以直接在IDA中搜索到引用的，而剩下的字符串则未找到引用地址，如下图：
造成上图中现象的原因是，IDA仅仅解析了bootloader部分代码，这些字符串的引用代码刚好是bootloader部分输出的；其余字符串是由主程序输出的，IDA未能解析出主程序而导致这些字符串在代码中未被引用。上图中，程序最终进入sub_C44函数，如下图：
上图函数的功能很简单，即将0x4100存储到向量表偏移寄存器（0xE000ED08地址），也就是将0x4100地址的数据设置为新的中断向量表，随后调用sub_F0函数。
结合图2-3和图2-4，bootloader最后会把0x2001B860（0x4100地址处的值）设置为新的栈指针，并跳转到0x49ED（0x4104地址处的值）。从这之后bootloader就将MCU的控制权交给了主程序。
综上，设备上电后会首先执行bootloader，bootloader会在Flash中搜索、校验固件，校验完成后，会设置新的中断向量表并跳转至主程序的入口地址。
通过固件中的字符串可以推测出设备使用了FreeRTOS操作系统，该系统是一种很常见的开源实时操作系统，其官方主页是：https://www.freertos.org。在使用FreeRTOS系统的设备中，固件主程序是FreeRTOS系统内核代码和应用逻辑代码相互杂糅在一起的一个二进制文件，所以我们需要先设法将二者区分开来，否则就容易出现山总分析MFC42一样的错误。
FreeRTOS操作系统提供了任务管理的功能，而设备的逻辑功能就是由其中一个或多个任务（task）来实现的，所以应用逻辑代码必然在这些task的实现代码中。FreeRTOS系统创建任务的API如下图所示：
上图中，函数的第一个参数是该任务对应的函数指针，第二个参数是任务的名称，只要找到这个API的调用处，通过它的第一个参数就可以定位任务函数了。
由于FreeRTOS是开源的操作，我们可以使用源码编译生成一个带符号表的程序，进而利用IDA的bindiff插件对比识别固件中的FreeRTOS操作系统API。此处的bindiff插件是一款IDA插件，用于比较两个idb (IDA database)文件中的相似函数，常见于漏洞的补丁分析，其官方网址是https://www.zynamics.com/bindiff.html。按照官网的安装说明，下载相应版本的bindiff安装程序，完成安装即可使用。
为了提高bindiff插件对比的准确率，我们需要尽量选择与云丁鹿客近似的FreeRTOS版本，编译环境和配置也尽量靠近云丁鹿客的智能门锁。有趣的是，在我们搜索可用的源码过程中，意外地发现github上有一份代码与我们正在逆向分析的固件极其相似，链接是https://github.com/RunningChild/efm32_freertos_app，后发现该仓库的拥有者就是云丁鹿客的工作人员，这份代码是把关键应用逻辑代码全部删掉之后剩下的FreeRTOS框架。
顺利编译该项目之后即可使用bindiff插件做比较，具体编译方法和过程会在以后的文章中专门做整理和介绍，本篇番外中暂不做过多介绍，部分对比结果如下图所示：
上图中我们编译的固件中xTaskGenericCreate函数和原版固件中sub_34A50函数相似度非常高，可以判断sub_34A50函数就是FreeRTOS中创建任务的API接口，那么我们在IDA中查找sub_34A50函数的引用，某一处引用如下图：
上图中，sub_34A50函数的参数和图3-1中xTaskCreate的参数是吻合的；还可以判断出位于0x1B0A9地址处的函数负责的应该是BLE消息的接收和处理。在0x1B0A8地址处下一个断点开始调试，当手机app里点击开门按钮后就会触发断点，可以沿此线索继续往后分析。
由此我们可以确定sub_34A50函数就是固件用来创建任务的API，接下来只需要写一个简单的IDApython脚本，即可将固件中的所有任务都整理出来，并使IDA以这些任务的函数地址创建函数，脚本如图：
上图中的脚本运行结果如下：
注意，脚本功能依靠sub_34A50函数的交叉引用来实现，存在一些未被IDA识别的引用点，因此可能会漏掉一些task。至此，我们就可以随意分析云丁鹿客智能门锁中我们感兴趣的功能点了。
到这里，我们的第二篇番外就结束了，关于云丁鹿客智能门锁的分析也就完全结束了。在这篇番外中，我们着重分析了设备启动后的bootloader代码以及FreeRTOS操作系统。作为一款开源的实时操作系统，FreeRTOS着实拥有不少的用户量，虽然分析起来要比嵌入式Linux操作系统的程序要麻烦一些，但仍然建议各位读者对其有一点简单的认识。
