物联网设备嵌入式硬件黑客技术：工具、技术与商业启示

作者：Deral Heiland，Rapid7 物联网研究主管

智能汽车、冰箱、安防摄像头、医疗植入物日益互联，持续与彼此及全球互联网交换数据。连接性带来不可否认的价值，也为恶意行为者扩大攻击面。随着物联网采用加速，强健安全至关重要。

许多物联网设备存在可利用漏洞，但安全团队常缺乏带宽或专业专长保护每个连接资产。无论您是研究员、工程师、安全专业人员，对嵌入式硬件好奇，本指南概述入门的基础工具、方法和概念。

对于开发新物联网产品或部署解决方案的组织，与经验丰富的顾问合作至关重要。熟练专业人员可发掘隐性风险、评估漏洞、在整个物联网生态系统实施缓解策略。

必备工具集

硬件黑客始于正确设备。一套适度的入门套件可花 15-25 英镑（约 17-28 欧元）组装。工具通常分三类：

• 拆卸与组装
• 电子信号分析与测量
• 系统控制与注入

虽存在高端装备——常达数百英镑——本指南聚焦可构建的核心仪器。

拆卸与组装

1. 可靠钳子和完整螺丝刀套装不可或缺。
2. 投资可调温烙铁及可互换烙铁头，高效焊接、吸锡、涂焊剂。

电子信号分析与测量

此类两大必备：

1. 数字万用表，测量电压电平、识别地平面、追踪板级路径。
2. 优质逻辑分析仪——Saleae 是热门选择——捕获嵌入式设备数字信号。快速 JTAG 或 UART 枚举，JTAGULATOR 自动遍历引脚并测试排针配置。

系统控制与注入

廉价而强大的工具帮助访问、提取或修改嵌入式系统数据：

1. Bus Pirate 支持 UART、I²C、SPI、JTAG；Shikra 提供更快 SPI 闪存提取，也处理 UART 和 JTAG。
2. Segger 的 J-Link（教育版和专业版）在 JTAG 和 SWD 调试上强健。
3. BeagleBone Black 作为多种诊断的多功能测试平台。

别忘简单配件如跳线和排针：

• 27 mm 公直单排排针
• 54 mm 公直单排排针
• 公对母免焊柔性面包板跳线

拆解设备

小心访问硬件开始。设备底部通常隐藏螺丝于标签或橡胶脚下。美规型号寻找 FCC ID 标记——具无线或射频能力的设备必须显示此标签。在 FCC 网站输入 FCC ID 获取射频测试报告和内部图像，揭示组装细节如胶水或环氧树脂密封外壳。

使用 Dremel 等工具精确切割，但始终遵守安全预防措施保护自己和电路。

检查电路

打开后，绘制板级图、识别调试端口（JTAG、UART、SWD）、定位关键 IC——CPU、内存、射频、Wi-Fi。通过芯片上印刷的零件号搜索获取各组件数据手册；数据手册提供引脚图和电气特性，为深度分析奠基。

检查固件

固件分析可暴露关键漏洞。先查厂商是否提供直接固件下载。若无，用 Wireshark 捕获升级流量；Export Objects 功能可在未加密时提取二进制。或用设备配套移动应用发现固件更新 URL 及所需认证令牌。

网络捕获失败时，可能需直接读取闪存。视板载情况，可能涉及电路内 SPI 读取或拆焊闪存芯片用芯片读取器。在线搜索特定设备型号；社区论坛常记录经验证的提取方法。

对企业的启示

若您的物联网产品固件专有，保护它至关重要。最简单、最具成本效益的防御是发货前禁用 UART 接口。持久攻击者若有物理访问权，几乎总能攻破启用 UART 的设备并提取固件。

专业安全公司对整个生态系统进行全面渗透和系统分析，确保每个组件和交互都被评估。探索硬件黑客虽有益，但需要更深层保障时请聘请专家。

作者：Deral Heiland，Rapid7 物联网研究主管