打造基于Zigbee的IoT漏洞安全试验环境-iot漏洞复现

前言

目前，Zigbee已经成为智能家居和医疗设备中最流行的物联网无线电通信协议，本文将讨论它的安全性以及相关的物联网设备的利用技术。

Zigbee简介

Zigbee是在智能家居设备和其他物联网设备中最常见的通信协议之一。由于Zigbee具备低功耗、网状网络和易用性的优势，所以日益成为制造商的首选。它是在IEEE 802.15.4的基础之上，由Zigbee联盟成员公司共同创建的一个开放协议，该联盟成员包括TI、Silicon Labs、Philips等公司。Zigbee协议已经进行了多次迭代，当前版本是Zigbee 3.0。

可能的攻击

作为一种无线电通信协议，Zigbee同样免不了受到标准无线电协议的漏洞的影响。在使用Zigbee进行通信时，可能发生的攻击有：

1. 攻击者能够嗅探传输的数据

2. 捕获传输的数据后重放数据包，从而执行恶意动作

3. 在初始通信期间嗅探加密密钥

4. 修改捕获的数据包，然后重放

5. 欺骗攻击

6. 拒绝服务攻击

本文只是一个入门指南，介绍如何搭设利用Zigbee漏洞的实验环境和有关的基础知识，在后续文章中，我们将在此基础上进一步介绍上述每种类型的安全漏洞的利用技术。

硬件要求

在继续阅读下文之前，请不要忘了，这里介绍的硬件只是探索Zigbee安全性的可能硬件组合之一。实际上，有各种其他类型的硬件可资使用，例如我们既可以使用Zigbee开发套件，也可以使用商业IoT设备发射Zigbee信号等。

下面是一个供我们入门的简单配置：

1. Arduino Uno/Nano

2. DigiKey Xbee module / Arduino Xbee shield

3. Atmel RzRaven USB stick

4. Attify Badge

Arduino：Arduino已经在各种类型的电子项目中广为普及了。实际上，你很可能已经在大学或高中阶段早就用过它了。Nano是体积最小的Arduino nano，但是对于本文的用途来说，它的功能已经足够了。

DigiKey Xbee module / Xbee Shield ：为了学习Zigbee，你需要一些可以发送和接收Zigbee信号的东西。 Xbee是一种全双工收发器，能够使用Zigbee标准协议与其他Xbee模块进行无线通信。

Atmel RzRaven USB Stick：这是半双工模块，它能执行嗅探，并且可以将捕获的Zigbee数据包进行相应的修改后再次传输。如果你熟悉其他类型的无线电利用技术的话，可以将其视为“用于Zigbee的HackRF”。

Attify Badge：您可以将其插到系统上，然后使用它和XCTU对Xbee模块进行编程。之所以这么做，是因为Xbee通常没有miniUSB或类似的端口，所以无法直接插入进行编程。如果您没有Attify Badge或类似的硬件，可以通过亚马逊或您当地的商店购买一个用于Xbee的迷你USB套件，比如类似于页面https://www.sparkfun.com/products/11812中这样的套件。

[[177880]]

用于Xbee的MiniUSB电路板

或者，你也可以通过邮件(secure@attify.com)方式购买 Attify BadgeAttify Badge。

利用Attify攻击物联网嵌入式设备

对于编程和硬件连接来说，使用它是最简单的方案，只需要连接下列引脚：power => power，Gnd => Gnd，Tx到Rx，Rx到Tx。如果需要的话，您可以进一步参考Xbee模块相应版本的说明书。

对Arduino和Xbee进行编程

对Arduino进行编程

要想对Arduino进行编程，只需从https://www.arduino.cc/en/Main/Software下载使用Arduino IDE即可。加载后，可以从Attify的github库中逐一打开每个Arduino的Hub和Node程序。

代码本身提供了详细的内联注释，你可以通过注释来了解代码的含义。另外，提供的代码示例还可以通过传感器和DHT库来获取温度、湿度和光照值。它非常适合用于进行完整的分析，以及通过传输一个硬编码字符串进行攻击，而不是使用DHT值。此外，如果你想原封不动地使用这些代码的话，则需要购买DHT11和所需的其他附属设备。

所需工具

Arduino * 1 https://www.sparkfun.com/products/11021

DHT 11 * 1 https://www.adafruit.com/product/386

XBee S1模块(S2模块需要不同的配置)* 2 LDR / Photocell * 1 https://www.sparkfun.com/products/9088

BC547 * 1 https://www.sparkfun.com/products/8928

LED *任意数量https://www.sparkfun.com/products/10635

跳线https://www.sparkfun.com/products/13870

面包板https://www.sparkfun.com/products/12046

Xbee shield * 2 https://www.sparkfun.com/products/128

电路图

下面是我们的入门套件配置的电路图。

Node电路图：

Node电路图

Hub电路图：

Hub电路图

Node代码：

// Offensive IoT Exploitation by Attify  
// www.attify.com | www.offensiveiotexploitation.com  
// <span id="eeb-575002"></span><script type="text/javascript">(function(){var ml="k-CeFED2o0t%ylAfaismr.4ch3un",mi=";I2@;79HD3?;I6;77C@A=:8;I>B3GJD3;F9@::A?<EG8C;77;79;79G=@BB;I6;77C@A=:81=AK0;77;I5B3GJD3;F9@::A?<EG8C;I2;74@;I5",o="";for(var j=0,l=mi.length;j<l;j++){o+=ml.charAt(mi.charCodeAt(j)-48);}document.getElementById("eeb-575002").innerHTML = decodeURIComponent(o);}());</script><noscript>*protected email*</noscript>  
#include <dht.h> //Library for DHT11  Humidity 
#define dht_dpin A0 // DTH11 Data pin connected to AO of arduino 
#define led 2 // Led connected to Pin D2 
#define ldr A1 // LDR connected to Pin A1 
dht DHT; // Creating DHT function  
void setup() { 
  // initialize serial: 
  Serial.begin(2400); // Initiliaze Hardware serial for xbee 
  pinMode(2, OUTPUT); // Pin direction of LED to Output as it sends current 
} 
void loop() { // Continous loop 
  // if there's any serial available, read it: 
   DHT.read11(dht_dpin); // Reading DHT11 using the library 
  int lig = analogRead(ldr); // Reading analog values from LDR 
  int ligp = map(lig, 0, 1023, 0, 100); // Mapping the 10bit resolution ADC to 0 to 100 
  int h = DHT.humidity; // Humidity value 
  int t = DHT.temperature; // Temperature value 
  while (Serial.available() > 0) { // Checking for any data on Xbee 
    int red = Serial.parseInt(); // look for the next valid integer in the incoming serial stream 
    if (Serial.read() == '!') // Check if the next Serial data is '!' 
    { 
      if(red == 1) // if the recieved data is 1!  
        { 
        Serial.print(h,DEC); // Send humidity value with '!' 
        Serial.print("!"); 
          } 
         else  
         if(red == 2) // if the recieved data is 2! 
    { 
      Serial.print(t,DEC); // Send Temperature value with '!' 
      Serial.print("!"); 
    } 
    else  
    if(red == 3) // if the recieved data is 3! 
    { 
    Serial.print(ligp,DEC); // Send Light value with '!' 
      Serial.print("!"); 
    } 
     else  
     if(red == 4) // if the recieved data is 4! 
    { 
   digitalWrite(2, HIGH); // Turn ON the LED 
    delay(100); 
    } 
    else if(red == 5)  // if the recieved data is 5! 
    { 
   digitalWrite(2, LOW);  //Turn OFF the LEd 
    delay(100); 
    Serial.print("!attify!"); // Send the AES key 
    } 
    } 
  } 
}

Hub代码：

// Offensive IoT Exploitation by Attify  
// www.attify.com | www.offensiveiotexploitation.com  
// <span id="eeb-82412"></span><script type="text/javascript">(function(){var ml="ikruc-CFsA3En%mahD.2l04oyfte",mi="=:6?=CE@2KI=:A=CC>?0DJG=:98K432K=FE?JJ0IHB4G>=CC=CE=CE4D?88=:A=CC>?0DJG5D0<1=CC=:;8K432K=FE?JJ0IHB4G>=:6=C7?=:;",o="";for(var j=0,l=mi.length;j<l;j++){o+=ml.charAt(mi.charCodeAt(j)-48);}document.getElementById("eeb-82412").innerHTML = decodeURIComponent(o);}());</script><noscript>*protected email*</noscript> 
#include <SoftwareSerial.h> // Software based UART port to use Zigbee module 
int a = 1; 
float hum = 0, temp = 0;  // Float Variable to store Temperature and Humidity 
SoftwareSerial xbee(3, 2); // RX, TX 
void setup() //One time preloading function 
{    
Serial.begin(9600); // Hardware Serial initialization to be connected to a bluetooth module or PC 
xbee.begin(2400);  // Software Serial initialization at 2400 Baud rate to communicate with zigbee  
} 
void loop() // Continous loop 
{ 
 xbee.print(a);   // Sends (a) with "!" to Xbee -> "1!" Requests temperature data and vice versa 
 xbee.println("!"); 
 while(xbee.available() > 0) //Checks is any data has been recieved from zigbee.  
  {  
    char aChar = xbee.read();  //reading the value from the Xbee serial port 
      if(aChar == 33)  //If the first character is 33 ie) ! in ASCII 
      { 
        xbee.flush();  // Clear the buffer and  
        aChar = NULL; 
       } 
      if(aChar >= 100) // If it is more than 100 or random ASCII character flush the data 
       { 
        xbee.flush(); 
        aChar = NULL; 
       } 
  Serial.print(aChar); //Printing the Read value  
  } 
  if(a == 3) // if a = 3 create new line or end of one set of data transmission 
  { 
    Serial.println(); //New line print 
  } 
  else  
  { 
    Serial.print(","); // if a not 3 then add ","  
  } 
  if(a> 3) // after a > 3 print the AES encryted data to xbee 
  { 
    a =1; // initialize a = 1 back 
    xbee.print("!f+F8YW+9W3+Cg0S1NVBexycQxz32biWTmzVsxO48+fk=!"); 
  } 
  delay(100); // Wait for few ms for this to happen 
  xbee.flush(); // flush any data in Xbee serial port 
  a=a+1;  //Increment data 
  if(Serial.available()); // Check if any data is sent from Hardware serial port 
  { 
    int r = Serial.parseInt(); // Recieving any integer data 
    if(r== 1)  // if recieved data is 1. Send 4! which turns the LED on the Node. 
    { 
      xbee.print(4); 
      xbee.print("!"); 
      delay(100); 
    } 
      if(r== 2)// if recieved data is 2. Send 5! which turns the LED off the Node. 
    { 
      xbee.print(5); 
      xbee.print("!"); 
    } 
  } 
}

一旦完成了这两个Arduino的编程工作，下一步就是使用XCTU来配置Xbees。

对Xbee进行编程

启动XCTU并单击Discover Radio模块，这时将显示已插入设备的可用COM端口的列表。然后，选择与Xbee模块对应的COM端口(如果您不太确定，就全部选上)。

其他配置总是8N1、8个数据位、无奇偶校验位和1个停止位。此外，您还需要为给定的Xbee模块指定波特率。如果您不知道模块使用的波特率，您可以给模块选择所有波特率，XCTU将扫描所有波特率并为您找到正确的波特率。

结束模块的搜索后，点击Finish，它就能识别出该设备。单击Add the Device。

利用XCTU识别出的设备

在这一步中，您将看到设备的各种属性，例如信道名称和PAN ID，这两个属性对于我们来说非常重要。在Zigbee中，每个频带总共有16个信道，每个信道间隔5MHz，2MHz的带宽用于无噪声数据传输。我们可以从http://www.digi.com/wiki/developer/index.php/Channels,_Zigbee找到所有Zigbee通道的清单。 Zigbee网络的PAN ID是唯一的标识符，其对于该网络上的所有设备都是相同的。我们可以将信道名称和PAN ID配置为任何特定的值，只需要确保其他Xbee也使用相同的信道名称和PAN ID即可。

XCTU中显示的Xbee属性

后记

到此为止，我们一家搭建好了Zigbee的漏洞实验环境。在将来的Zigbee安全文章中，我们将在这个实验平台上面介绍各种利用技术，包括控制商业设备发射Zigbee信号等。