Игри с Wifi на ESP32

Вдъхновението ми да направя портативен инструмент за анализ на WiFi мрежи дойде от тази статия.

Благодаря им за идеята. Тъкмо нямаше с какво да се занимавам.

Цялата работа бе извършена в рамките на хоби с цел наслаждение и разширяване на знанията ми в областта на мрежовите технологии. Бавно, по 1..4 часа на седмица, от началото на тази година.
Не планирах приложното използване. Т.е. това НЕ е инструмент за хакери.

В момента целият замислен функционал работи. Всички изходни кодове, напълно готови за компилация, са публикувани тук. Там също има инструкция за компилация и т.н. В тази забележка няма да дублирам информацията, публикувана на github. Ще споделя само онова, което смятам за необходимо да опиша отделно.

Моето мнение за "универсалния инструмент" и причината за избора на ESP32

Не претендирам за истината. Тя е различна за всеки. Ще се опитам да аргументирам избора си на "железо".

Предложеният в статията вариант за използване на комбинация от Linux (първоначално Raspberry Pi) + периферия под формата на контролер (STM32) + CC1110 (ядро 8051) и план да вмъкна там всичко, което е възможно (125kHz, NFC, 433mHz, USB, iButton, bluetooth, ?) не ми се стори подходящ. Въпреки това, този проект изглежда ще остане частен и затворен (flipper-zero github "Тази организация няма публични репозитории.") и се насочих към не толкова разпространено "железо".

Възможно е да греша и по-късно авторите да публикуват изходния код на софтуера в открит достъп. Но ако не, не бих купил такова "железо" без изходни кодове.

Моите изисквания към "инструмента"

Коробката трябва да е малка (колкото по-малка, толкова по-добре).

Следователно:

• Вграден акумулатор не е необходим. При ток > 100 mA при работа с Wifi, вграденият акумулатор или ще е голям, или ще се изчерпи бързо. Затова нека "коробката" да се захранва от стандартен power bank. Все пак, power bank винаги се намира в джоба/колата ми.
• Вътре в "коробката" да има Linux с инструменти, напазвани през много години на всички езици при наличие на малък екран и оскъден набор от управляващи бутони няма смисъл. Резултатите могат да се гледат/обработват и на нормален лаптоп с пълноценна клавиатура и екран.
• Компонентите трябва да са лесно достъпни и широко известни (достъпен SDK, много примери и документация).

В резултат на това, за мен, изборът беше очевиден — ESP32.

За всички задачи, посочени в статията, която ме подтикна към действия, възможностите на ESP32 са напълно достатъчни. Въпреки това, максималното, което искам да направя, е:

• Да поекспериментирам с Bluetooth.
• Да поекспериментирам с диапазона 433mHz с най-простия хардуер (само амплитудна модулация, което е достатъчно за почти всички нужди).

Лъжица катран в ESP32

• SDK (IDF) на ESP32 е малко тромаво.
• Част от функционалността (WiFi стек, например) идва без източници под формата на предварително компилирани статични библиотеки.
• Не се поддържа диапазонът 5gHz и има някои ограничения и недостатъци при работата с WiFi.

Но цената/размерите напълно компенсират тези недостатъци.

Основна функционалност на софтуера

Накратко ще опиша функционалността и мнението си за…

Управление на настройки и извеждане на файлове от SD

Всичкото външно управление е направено чрез най-простата уеб страница, която се стартира в отделен пункт в менюто. ESP32 се стартира в режим WiFi AP и предлага страница на фиксиран IP адрес.

Въпреки че ядрата на ESP32 са доста бързи, както показаха експериментите, едновременната работа на вградената уеб услуга и, например, режимът рутер не се съчетават особено добре. Затова динамичното управление не е налично и в останалите режими страницата не е достъпна.
Тем повече, че за изследователски цели динамичното управление не е необходимо.

Режим на работа с Beacon пакети

Режимите са банални и не особено интересни. Направени са "защото може". За галочка.
Примери има в официалните примери на Espressif.

Режим на сканиране на списъци AP.
Всъщност, това умее да прави всеки смартфон.
Все пак в този режим ще се запише списък с AP.
Beacon спамер.
ESP32 стартира като AP с скрит SSID и произволен MAC адрес и започва да изпраща [beacon frame] от предварително създаден списък SSID (създаден ръчно или получен преди това при сканирането на списъка AP)

Режим на sniffing на WiFi пакети

Разработчиците на Espressif добавиха възможността приложението да получава чрез callback функция всички WiFi пакети, "преминаващи във въздуха". Всъщност не всички, тъй като режимът може да бъде настроен само за един фиксиран канал.

Наложил се много строги времеви ограничения върху обработката на повиквания на callback функции. Докато за режима на простото събиране на статистика това не създава проблеми, за режима на запис на PCAP файл на SD карта се наложи да се направи работа, организирайки запис чрез опашка в паметта и семафори. С оглед на особеността, че процесът, който извиква callback, работи на едно ядро, а процесът, който извършва записа на SD карта, на друго.

При "шумно ефирно" състояние някои пакети се губят (в опашката няма място и те се отхвърлят), но при типичния "ефир" на апартаментите вечер (5..7 AP в рамките на видимост) записът в PCAP успява да се извърши без загуба на пакети.

Допълнително, за мониторинг и запис на PCAP съществува режим на филтриране по списък с MAC адреси в заглавията на пакетите.

Например, можете да проследите появата на човек в клуб или кафене, преди той изобщо да е влязъл или се е появил в полезрението. Малко хора изключват WiFi и автоматичните връзки с известни AP. (Аз сега ги изключвам..)

Преглеждането на записания трафик в Wireshark е познавателно и интересно, за да разберете как всичко работи.

Режим за работа с deauth пакети

По подразбиране изпращането на тези пакети е забранено в библиотеката libnet80211.a, която се предлага без изходен код. Но не е трудно да се извърши копиране, като се коригират няколко байта. Първоначално се съмнявах дали да публикувам пача. Но след като обиколих различни места с включен режим на сканиране на източника на изпращане [deauthentication frame], помислих: "какво, по дяволите". Особено, защото в esp8266 изпращането на тези пакети не е затворено и има сборки на github за esp8266.

В много места (няма да казвам къде) се използва потискане на нежелани AP чрез този метод. И това не са "хулигани"...

А аз се учудвах, че понякога интернетът от телефона ми не работи...

Режимът за проследяване на количеството и RSSI на такива пакети е много полезен, за да разберете "къде не обичат левите AP".

Режим на рутер

Тази функция, вероятно, е най-интерасната от всички за изследване.

ESP32 поддържа едновременна работа в режим STA + SoftAP. Затова на него може да се реализира класически NAT рутер.

За поддръжка на мрежовия стек Espressif използва fork (практически без промени) на библиотеката lwip.

Но по подразбиране в стандартната версия библиотеката esp-lwip между интерфейсите netif ‘ap’(SoftAP) и ‘st’ (STA) не предвижда проброс.

Разбира се, може да се направи и без NAT, но възниква проблем с едновременната връзка на два и повече STA към интерфейса 'ap' и синхронизация на IP адресите от мрежовия интерфейс 'st' към 'ap'. Затова трудностите не са оправдани и е по-лесно през NAT.

Още повече, че съществува fork esp-lwip от martin-ger, в който е добавена проста реализация на NAT за IP4.

Въпреки че ръцете ми се изгаряха да го преработя чисто козметично (според мен, по-добре беше без fork проекта, а чрез LWIP), но мързелът спечели и вариантът от martin-ger се използва както е.HOOK функции, определяни при компилиране), но мързелът победи и вариантът от martin-ger се използва такъв, какъвто е.

В режим рутер се наблюдава входящият и изходящият IP4 трафик.

В частност, от него се изваждат данни за показване на екрана и за събиране на статистика в файл:

• Името на устройството, което се е свързало със SoftAP ESP32 (DHCP пакети)
• URL от DNS запитвания (UDP порт 53) от свързаното към SoftAP ESP32 устройство.

Допълнително може да се включи запис на трафика в PCAP файл.

Този режим е много полезен, например, за да разберете какво вашият телефон изпраща в мрежата и къде отива.

Може да се измислят и други начини за използване на този режим, имайки предвид възможността напълно да управлявате входящия и изходящия трафик на SoftAP ESP32 на ниво мрежов интерфейс: Ethernet заглавие (destMAC[6]+srcMAC[6]+type[2]) + полезен товар (IP4, IP6, DHCP и други типове).

В принцип, ESP32 се справя добре с функцията WiFi->WiFi рутер, пропускайки обикновения трафик без особени забавяния. Субективно, забавянията на телефона, свързан чрез рутер на ESP32, не са забележими.

За съжаление, в API на Espressif няма възможност да се зададе филтър по MAC на свързаните към SoftAP EPS32 устройства. Вместо това се предлага да кажете 'сбогом' (esp_wifi_deauth_sta) на вече свързаните STA, които са 'недоходими'.

Филтрацията по MAC за свързаните STA бе осъществена чрез извикване на esp_wifi_deauth_sta()

В заключение

Въпреки че не измислих нищо ново в рамките на работата с ESP32, но е възможно за някой резултатът (изходния код) да бъде интересен.

Бих искал да подчертая, че кодът е написан единствено за образователни цели. За 'хакерство' и т.н. е умишлено направен не много удобен.

Не направих печатна платка, тъй като за спояването на готовите платки с проводници ми отне около 1.5-2 часа.

И ако правите, трябва да не се събират от готови платки, а от отделни компоненти. Тогава размерите ще бъдат още по-малки.

Източник: habr.com