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简介
我们在前面两篇文章中简单介绍了BLE协议栈，并对一款智能灯泡进行了分析。本篇中，我们选择Yale品牌的一款智能门锁进行安全测试，一起来研究一下这款锁是否存在安全问题。
我们测试的智能门锁如图1.1所示，这款门锁有一个可拆卸的蓝牙模块，该模块配合Yale厂商提供的一款名为Yale Bluetooth Key的app，可以实现蓝牙开锁功能。
图1.1 智能门锁
首先我们需要介绍一下这款智能门锁的使用方式。和上一篇的智能灯泡类似，正常情况下，使用门锁前需要先在手机app中绑定门锁，如图1-2所示
图1-2 绑定门锁
绑定之后，如果门锁在手机的蓝牙通信范围内，app就会自动向门锁发起BLE连接，连接成功后，即可点击开门按钮打开门锁，如图1-3所示。
图1-3 连接及解锁
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分析过程
2.1 App初步分析
既然智能门锁也可以由app控制，那么我们参考上一篇的研究思路，首先查看app日志，尝试获取BLE通信的内容。然而当我们用Android Killer查看日志时，发现Yale Bluetooth Key这款app没有输出任何日志。通过对APK进行简单的逆向分析，我们找到了关于输出日志的部分代码，如图2-1所示：
图2-1 App Log代码
ILog类负责输出日志，但是这个类中所有的Log函数均为空，要解决这个问题有两个方法：一是修改app的smali代码并重新打包；二是用Hook的方式直接打印这些Log函数的参数。本篇我们采用了第一种方法，第二种方法将后续文章中介绍。
可以使用Android Killer完成修改smali代码并重打包等工作。将app反编译之后，找到ILog.smali，在需要修改代码的地方点击鼠标右键即可插入代码，如图2-2所示，这里我们在插入Log代码的同时，也在AndroidManifest文件里添加了android:debuggable标签，在《耶鲁智能门锁的简单测试(下)》会提到它的用处。
图2-2 修改app代码
2.2 通信数据分析
修复了日志输出代码之后，我们就可以看到BLE通信内容了。当门锁在手机附近时，app会自动向门锁发起连接，连接过程的日志如图2-3：
图2-3 手机连接门锁时的日志
根据日志中的关键字“_72_AUTHENTICATION_EVENT”和“send 72ACK”进行代码回溯，找到关键代码如图2-4所示：
图2-4 Authentication数据包相关代码
结合我们在本专题第一篇文章中介绍的Android系统BLE接口的相关知识。图2-4的处理流程是：
a. 当回调函数onCharacteristicChanged或onCharacteristicRead被调用时，会发出一个名为“com.irevo.bluetoothkey.regnosleep.ACTION_DATA_AVAILABLE”的广播，其中携带着接收到的BLE消息内容。
b. 相应的广播接收器接收到这条广播后，将其中的BLE消息内容取出，交由函数handleLockStatus处理，这里输出了图2-3的第一条日志。
c. handleLockStatus函数中输出了图2-3的第二条日志，BLE消息由encodeCounter函数处理完成之后，交给send72Response函数。
d. send72Response将encodeCounter的处理结果封装为ACK帧，也就是图2-3的第三条日志的主要内容。在send72Response函数的最后调用了writeCharacteristic将ACK帧发送给门锁。
可以看到，这是一次完整的BLE通信的收发处理流程，结合日志中的AUTHENTICATION关键字，我们推测这是门锁与手机建立BLE连接时的身份认证过程。这一过程非常简单，门锁向手机发送一组数据，我们暂且称之为Authentication Request，Request经encodeCounter函数处理后得到Payload，Payload在send72Response函数中封装成Authentication Response发送给门锁，如果手机通过了身份认证，就可以发送控制指令控制门锁的打开与关闭了。
接下来，我们重点分析手机如何处理Request生成Payload。encodeCounter函数的参数counterData就是门锁发来的Authentication Request，图2-5展示了 counterData的处理方式：counterData被分割成若干个字节，每个字节都与key1key6中的某一个相加，相加的结果放在c1r1c3r4中。具体过程请看图2-5。
图2-5 Authentication Request的处理
c1r1~c3r4最后重新拼接成字节流形式，作为encodeCounter的返回值，也就是手机返回给门锁的Payload，如图2-6所示。
图2-6 Authentication Response拼接
已知Payload是由Authentication Request与key1key6相加得到的，Request是门锁发送来的，那么key1key6的来源是什么呢？如图2-7所示，encodeCounter函数首先读取了this.keyModel.productInfo变量，然后将productInfo变量逐字节存储到 key1~key6这些变量中。
图2-7 Authentication Key的处理
key1~key6来源于productInfo，那productInfo是哪里来的呢？我们继续回溯，可以发现productInfo是在门锁与手机进行绑定时，由门锁发送给手机的，在完成绑定后，将productInfo存储在数据库里，每次使用时直接读取数据库即可。回溯过程可以参考图2-8。
图2-8 productInfo的处理
上图中，箭头方向表示数据的流动方向。经过多次实验可以发现，门锁绑定不同手机时发送的productInfo是相同的，这应该是门锁出厂时就烧录在flash里的一组固定密钥。
经过分析，我们可以确定以上身份认证机制中存在这样一个问题：门锁对手机进行身份认证的算法是加法运算，如果我们能嗅探到Authentication的Request和Response两个数据包，就能直接通过减法运算得到productInfo，从而通过门锁的身份认证，控制门锁。
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小结
本篇是我们对Yale门锁研究的上篇，在上篇中，我们主要对Yale门锁的app进行了分析，最终发现在门锁与手机的BLE通信机制中存在一些问题。在接下来的下篇中，我们会引入一个USB dongle用于对BLE通信进行嗅探，并利用本篇中发现的问题，通过嗅探而来的数据，计算得到productInfo，最终实现在任意手机上进行未授权开锁。
作者：Yimi Hu & Lig****ht @ PwnMonkeyLabs
