IOT 固件分析入门
本文最后更新于 2022年12月21日 中午
01-提取 IoT 固件
首先我们需要安装固件提取工具 binwalk，由于该工具的安装流程比较繁琐，建议直接使用 Kali Linux，该系统默认安装有 binwalk。
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提取固件系统的参数是-e，我们可以加上-t -vv 参数查看详细的提取过程。通过输出信息，可以得知该固件系统没有加密压缩，且系统为 Squashfs。
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提取出来的文件夹为_RT-N300_3.0.0.4_378_9317-g2f672ff.trx.extracted，其中的 squashfs-root 就是我们想要的该固件的文件系统。
那么 binwalk 的是怎么实现提取的呢？原理就是，通过自带的强大的 magic 特征集，扫描固件中文件系统初始地址的特征码，若匹配成功，则将该段数据 dump 下来，这个 magic 特征集已公开。
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以这个固件为例，是 Squashfs 文件系统，对应的扫描特征码为 hsqs。
我们可以做个实验，使用 hexdump 搜索 hsqs 的地址，为 0xe20c0，这个就是文件系统的初始地址。
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使用 dd 命令截取地址 925888（0xe20c0）之后的数据，保存到 rt-n300-fs。
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最后，使用 unsquashfs rt-n300-fs 命令解析 rt-n300-fs 文件，得到的 squashfs-root 就是固件系统，这个跟上述 binwalk 提取的那个是一样的。
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02 静态分析 IoT 固件
得到固件后，若直接打开，会发现该固件被加了密，无法直接解压缩，这是厂商对该固件做了保护，防止大家逆向分析他的固件。
通过 frackzip 工具可以破解该 zip 的密码，时间要挺久的，我直接告诉你吧，密码是 beUT9Z。
解压后发现文件夹中有多个.yaffs2 后缀的文件，这些都是固件的文件。
yaffs2 里有几个看上去是 recovery 的镜像，核心的应该是 2K-mdm-image-mdm9625.yaffs2 ，我们下面就来提取该文件，我首先用 binwalk 来提取它，但提取出来的文件乱七八糟，不知道什么原因，后来看网上推荐直接用 yaffs 的原生工具 unyaffs 提取，就可以了，文件系统清晰明了。
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接下来我们查找该路径下的所有.conf 文件，.conf 文件多是配置文件，有可能从中可以发现敏感的信息。
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其中的 inadyn-mt.conf 文件引起了我们注意，这是 no-ip 应用的配置文件，no-ip 就是一个相当于花生壳的东西，可以申请动态域名。我们从中可以发现泄露的 no-ip 的登陆账号及密码。
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除了上述泄露的 no-ip 账号密码，我们还从 shadow 文件中找到了 root 账号的密码，通过爆破可以得到 root 的密码为 1234。
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其实并不止有.conf 文件会泄露信息，还有很多其他后缀的敏感文件会泄露信息，我们接下来使用 firmwalker 工具来自动化遍历该固件系统中的所有可疑文件。
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命令如下，firmwalker 会将结果保存到 firmwalker.txt。
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看了下该工具的源码，没啥亮点，就是遍历各种后缀的文件。
后缀都在 data 文件夹中的各个配置文件中。
分析完敏感的配置文件后，我们接下来分析存在风险的二进制程序。查看自启动的程序，一个 start_appmgr 脚本引起了我们注意，mgr 一般就是主控程序的意思。
该脚本会在开机的时候以服务的形式运行/bin.appmgr 程序。
通过 IDA 进行反编译，在 main 函数中发现了一个管理员当时为了方便调试留下的后门，只要连接该固件的 39889 端口并发送 HELODBG 的字符串，就可以进行远程执行命令。
POC 如下：
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除了以上这些，该固件还存在多个漏洞，详细的报告可以参考：
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03 动态分析 IoT 固件
动态分析固件之前，需要先把固件运行起来，但我们手头又没有路由器、摄像头之类的物联网硬件，该如何运行呢？这就需要虚拟执行，虚拟执行你就把它想象成一个虚拟机可以运行各种物联网 OS 就是了。虚拟执行 IoT 固件需要用到 firmadyne 工具，该工具很难安装，在 kali 上安装一直报错，你们可以尝试下，反正我是放弃了，最终还是乖乖地用 attifyti 提供的物联网渗透专用虚拟机，下载下来的文件直接用 vmware 导入就行了。
https://www.dropbox.com/sh/xrfzyp1ex2uii53/AAAF0mdA1qFaEBDYZoIxaQRma?dl=0
该系统为 ubuntu14，密码为 password@123，下面我们来演示虚拟执行一个 dlink 固件。
在 tools/fat 路径下运行 fat.py，输入固件路径 DWP2360b-firmware-v206-rc018.bin，然后是固件的品牌 dlink，依次输入数据库密码 firmadyne 和用户密码 password@123。
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脚本执行成功后，会回显一个 IP 地址，这个 IP 就是模拟的固件地址。
以上只是简单地演示如何虚拟执行一个固件，下面我们就来实操如何通过动态调试分析一个固件，接下来的固件采用 DVRF，这是个网友自制的充满漏洞的固件，供学习用的。
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开始之前，安装以下工具，动态调试中会用到。
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安装 keystone-engine 时可能会报错，参考这个链接。
https://github.com/avatartwo/avatar2/issues/23
安装好工具后，就开始对固件进行分析啦，固件路径如下。
DVRF/Firmware/DVRF_v03.bin
使用 binwalk 提取固件文件系统。
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提取出来的系统有个文件夹 pwnable，这个文件夹就是存放着有漏洞的程序示例，我们选取缓冲区漏洞程序 stack_bof_01 进行实验。首先使用 readelf 命令查看该程序的架构。
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拷贝 qemu-mipsel-static 到当前目录，然后配合 chroot 虚拟执行 stack_bof_01 固件，可以成功执行。qemu 是一款轻型的虚拟机。
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查看 stack_bof_01 的源码，可以发现明显的 strcpy 内存溢出漏洞，当参数 argv[1]超过 200 时，就会出现 buf 溢出的现象。
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以调试的方式启动 stack_bof_01，在本地的 1234 端口监听调试。
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运行以下命令开始调试。
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gdb 运行后，会自动加载 gef 插件，然后设置固件架构为 mips。
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设置完远程调试的 IP 和端口，就可开始调试 stack_bof_01 程序了。
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调用命令查看样本的所有函数，可以看到各个函数的地址。
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如果你感兴趣，可以使用命令查反汇编看下 main 函数的汇编码，这是 mips 架构的汇编码，跟 x86 的相差很大，完全看不懂。。
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然后我们使用命令创建一个随机的 300 字节流，作为攻击字符串，用于测试参数溢出的点。
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重新带参数调试 stack_bof_01。
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gdb 挂上去后，输入 c 回车让程序跑起来，会发现程序崩溃了，SIGSEGV 内存出错，指针 ra 指向 0x63616162，对应的 ASCII 是”baac”。
使用命令查看该溢出点在攻击字符串的什么位置，是位于 pattern 的第 204 位。
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然后反汇编 dat_shell 函数，查看其函数地址，我们的目的是要让程序本来执行 0x63616162，变成执行 dat_shell 的地址，理论上应该把 0x63616162 改成 0x400950，但书上说要略过前 3 条 gp 相关的指令，我也不知道为啥，有兴趣的同学 google 下吧。
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将待执行的函数地址拼凑到 204 个字节后面，便可劫持程序执行流到 dat_shell 函数（0x40095C）,从而实现缓冲区溢出攻击。
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最后，试了下 0x400950 确实不行，会报错。
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04 解密 dlink 固件
本次我们要研究的是路由器 Dlink-882 的固件，下载地址在：
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解压出来的固件版本从旧到新依次为：
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其中下图标记的两个固件是打包在同一个 zip 固件包中的，这里大家应该可以察觉到，FW104B02 有点特别，而且通过名字我们也猜测到它是未加密的中间版本。
目前最新的版本是 FW130B10，通过 binwalk 进行解析，会发现该固件被加密了，binwalk 无法解析。
再来看下最早版本的固件 FW100B07，使用 binwalk 解析是能直接提取的，没有被加密过。
综上，我们得知了，固件版本迭代的过程经历了固件未加密到固件加密，说明中间肯定有个中间版本（类似下图 V 2.0），下图是固件从未加密到加密的升级原理图。
从 binwalk 解析结果来看，能确定 FW100B07、FW101B02、FW104B02 是未加密的，而 FW104B02 之后的版本，FW110B02、FW111B01、FW120B06、FW130B10 均是加密的，那么 FW104B02 就可以确定是中间版本了。
确定了 FW104B02 是中间版本后，我们大概率可以从 FW104B02 的固件系统中找到解密程序了，方法是在/bin 和/usr/bin 目录下寻找 decrypt 字样的程序，很幸运，我们在 bin 目录下找到了 imgdecrypt，这个程序猜测就是解密程序了。
对比下最早版本的 FW100B07 版本，/bin 目录下就没有 imgdecrypt 程序。
接下来就可以分析下 imgdecrypt 的加密逻辑了，看下如何破解加密的固件，通过 file 命令，我们得知该程序是 MIPS 架构的可执行文件。
使用 IDA 分析，好吧，完全看不懂，放弃了。。这个是 mips 的汇编指令，跟 x86 汇编的语法不一样，感兴趣的同学可以学一下。
简单地从导入表中看下函数，发现有 RSA、AES，看来是较复杂的加密方式，不是简单的异或运算，头疼。
既然逆向不出加密算法，是不是就没办法解加密固件了呢？并不是，我们可以直接本地运行解密程序 imgdecrypt，来解被加密的 FW120806 固件。由于该程序是 mips 架构的，还得借助 qemu-mipsel-static 模拟器来运行。
使用 qemu-mipsel-static 之前要用 chroot 将当前固件系统路径设置为 root 路径，不然会提示缺少一些系统库（找不到库路径）。下图，我们就模拟运行 imgdecrypt 成功了，程序用法很简单，参数提供待解密的固件路径就行了。加密成功后，用 binwalk 就能解析出固件的系统结构了，进而提取固件系统。
同样的，最新的 FW130B10 版本也能通过该程序进行解密，按照这个逻辑，可能 Dlink 的其他系列路由器也能通过 imgdecrypt 解密，大家可以去试一下。
05-修复固件运行环境
之前我们学习了如何模拟运行 IoT 固件，但是，现实中并不是所有固件都能模拟运行成功，比如固件运行可能依赖于硬件，qemu 无法完全模拟，所以，本节我们就来学习如何修复固件的运行环境，从而成功模拟固件运行。
我们本次使用的固件是 D-Link 的 DIR-605L FW_113 固件，下载地址：
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拿到固件后，我们惯用的使用 fat 工具进行模拟，会发现它报错了，Interfaces 那里也为空，说明模拟运行失败了。
上 github 上查询该错误，作者无奈地回复说其实不是所有固件都能用 firmadyne 模拟的，尤其是那些需要与硬件设备交互的固件。
好，那就换种思路，模拟固件运行的实质其实就是把固件的 Web 程序跑起来，而模拟失败则说明 Web 程序运行出错了，我们接下来就要针对看看 Web 程序报错的原因以及如何修复运行环境。首先用 binwalk 提取固件的文件系统，提取出来的路径为 squashfs-root-0。
我们可以使用 find ./ -name boa 命令来定位该固件的 Web 程序。Boa 程序是一个轻量级的 web 服务器程序，常见于嵌入式系统中。dlink 就是在 boa 开源代码的基础上新增了很多功能接口以实现路由器上的不同功能。boa 程序的路径为/bin/boa，同时我们发现在/etc/boa 路径下还有个 boa 的密码配置文件，我们可以直接获取到 boa 加密后的密码。
我们直接使用命令模拟运行程序，会发现报错了，提示初始化 MIB 错误。
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使用 IDA 对 boa 程序进行逆向分析（需要先添加 mip 插件：https://github.com/devttys0/ida），定位到字符串“Initialize AP MIB failed”，接下来就在这里下断点，调试看下什么情况下会报这个错。
首先使用 qemu 调试命令运行 boa 程序。
然后在用 ida 打开 boa 程序，选择 Debugger 为 Remote GDB（我这里是远程调试 129 虚拟机里的 boa 程序），点击 Debugger -> Process Options 进行配置 IP 和端口。
然后点击 Debugger -> Attach to process 附加调试，直接运行到断点处，这里的 jalr 命令即为调用 apmib_init 函数。
google 下这个这个函数是干嘛的，原来是从 flash 中读取 mib 值到 RAM 中，模拟环境没有 flash 硬件，所以应该会读取失败。
经过调试，我们知道由于没有 flash 硬件，apmib_init 读取数据失败返回 0，赋值给%v0，然后 bnez 命令对$v0 进行检测，若为 0，则回显初始化失败，报错退出。
我直接在 IDA 中对字节码进行修改，将 bnez(0x14)命令改成 beqz(0x10)，就可以进入正常的逻辑顺利运行下去了。
patch 完程序后，再次运行 boa，发现它不再报“Initialize AP MIB failed”错误了，但又来了 2 个“Create chklist file error!”错误以及一个内存崩溃错误。
前 2 个“Create chklist file error!”来自于 create_chklist_file 和 create_devInfo_file 函数，后面那个内存崩溃是 apmib_get 函数导致的。
定位到“Create chklist file error!”字符串，经分析确认这个错误是 open 函数的返回值导致，但由于不影响执行我们就细看了。
重点放到 apmib_get 函数，从上面我们可以知道该函数的功能是从 RAM 读取 MIB 值，所以有可能又是硬件依赖导致的错误。该函数正常情况下会返回 4 种值。
由于代码复杂，我们就不细致分析了，直接参考作者的代码编写劫持代码，目的是伪造 apmib_init 和 apmib_get 函数，让其返回正确的值，由于为了方便 IDA 调试，作者把 fork 也一并劫持了（IDA 遇到 fork 异常）。
编写好 apmib.c 后，使用 mips-linux-gnu-gcc 命令将该代码编译成 so，在这之前得先下载 mips 的 gcc。
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然后使用命令进行编译。
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使用 LD_PRELOAD 参数指定劫持 so，这样当 boa 执行到 apmib_init 和 apmib_get 时，就会调用到 apmib-ld.so 里面的函数，从而顺利运行，运行成功的效果如下。
我们可以看到 Web 服务以跑起来了，80 端口。
然而当我们打开页面时，页面自动跳转到了 Wizard_Easy_LangSelect.asp，程序又双叒崩溃了。。
看下该 ASP 文件的代码，通过文件名可以猜测功能是选择页面语言，而它尝试从硬件设备读取语言，显然又会出错了。
那我们就想办法不让它进入这个页面，查看入口网页，发现逻辑是先判断系统语言，成功则直接进入 Webcome 界面。
所以…我们直接魔改，两种情况都进入 Wizard_Easy_Welcome.asp 界面。
改完后再次访问，终于成功了，不容易，至此 Web 服务已经成功跑起来了，就可以开始挖洞了。
参考
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