Description du protocole oBike (BLE/HTTP)

Ce document fournit une analyse des protocoles de communication oBike en date de janvier 2018.

Les résultats ont été présentés à la conférence de sécurité insomni'hack 2019:

ainsi qu'à la conférence de sécurité AREA41 2018:

Communication générale oBike

La serrure oBike se compose d'un microcontrôleur TI CC2541, un système sur puce (SoC) optimisé pour la consommation électrique, utilisé pour les applications Bluetooth Low Energy (BLE). La serrure elle-même n'a pas de connectivité IP ; elle utilise la connexion 3G/4G de l'appareil mobile pour communiquer avec le backend oBike. La serrure communique via BLE avec l'application oBike sur l'appareil mobile. Les messages du protocole sont ensuite transmis au backend oBike via une API REST.

## Séquence de déverrouillage```
 oBike Lock          (BLE)     Mobile Device    (HTTPS)           oBike Backend
------------+------------------------+---------------------------+--------------
            |                        |                           |
            | [1] hello(lat, lng)    |                           |
            | <--------------------- |                           |
Generate    |                        |                           |
32bit       | [2] keySource          |                           |
Challenge   | ---------------------> | [3] unlockPass(keySource) |
            |                        | ========================> | Compute
            |                        |                           | Response
            | [5]                    | [4] encKey, keys          |
            | sendKeys(encKey, keys) | <======================== |
!Unlock     | <--------------------- |                           |
 Bike!      |                        |                           |
            |                        |                           |
Generate    |                        |                           |
Acknowledge | [6] macKey, index      | [7]                       |
Message     | ---------------------> | lockMessage(macKey,index) |
            |                        | ========================> | Register
            |                        |                           | Ride (start
            |                        |                           | billing)

Étapes :

Envoyer le message hello via BLE, pousser les coordonnées vers la serrure.
Recevoir via BLE keySource, une valeur de 32 bits représentant le nombre de millisecondes écoulées depuis la mise sous tension de la puce (little endian).
Envoyer via HTTPS keySource au backend oBike via l’appel REST unlockPass.
Recevoir via HTTPS encKey (index de clé) et une valeur de clé de 128 bits dans keys.
Envoyer via BLE encKey (tronquée à 96 bits) et index (correspond à encKey). À ce moment, le vélo se déverrouillera.
Recevoir via BLE macKey et index, un accusé de réception indiquant que le déverrouillage a réussi.
Envoyer via HTTPS lockMessage, avec les valeurs correspondantes (macKey et ). À ce moment, le backend oBike enregistrera le trajet et démarrera la facturation.

Protocole BLE

Les composants du protocole BLE décrits dans les sections suivantes sont implémentés dans le module Python obike.ble_client. De plus, un scanner pour détecter les publicités BLE d’obike est implémenté dans obike.ble_scanner.py.

Format général de commande```

6774 0D 86 59AEB6...3931 FD | | | | | | | | | +-- Check byte | | | +----------------- Payload | | +--------------------- Command type | +------------------------- Length of payload in bytes +------------------------------- Command Signature ('gt')

Le message, qu'il soit entrant ou sortant, commence toujours par la signature `\x67\x74`
(ascii `gt`).

La longueur de la charge utile correspond au nombre d'octets sans l'en-tête ni le pied de trame.

Le protocole prend en charge différents types de messages identifiés par un octet. Les deux
bits les plus significatifs définissent la direction du message :```
 0x86   1000 0101     mobile -> obike
 0x46   0100 0101     obike  -> mobile

L'octet de contrôle est calculé en effectuant un XOR entre le type de commande et les octets de charge utile :``` check_byte = cmdtype ^ b[0] ^ b[1] ^ ... ^ b[N-1]

La taille maximale de la PDU est de 19 octets (en-tête + charge utile + fin de trame). Les messages dépassant cette taille sont fragmentés.

### BLE getLockRecord/deleteLockRecord

Type de commande : `6`  
Ces messages sont utilisés pour gérer l'« enregistrement de verrouillage » (lock record), un enregistrement de données persisté par la puce, contenant les informations du dernier trajet, telles que l'identifiant du membre, l'horodatage, l'identifiant oBike, les coordonnées, etc.

Appelée sans charge utile, la commande est utilisée pour récupérer l'enregistrement de verrouillage sauvegardé :```
00000000  67 74 00 86 86                                    |gt...|

Si aucun enregistrement de verrou n'est disponible, le verrou répond avec un payload vide.``` 00000000 67 74 00 46 46 |gt.FF|

Sinon, la réponse de la serrure contient plusieurs valeurs du dernier trajet,
au format suivant :```
00000000  67 74 46 46 00 00 01 23  45 67 59 9d 72 2a 44 31  |gtFF...#d2Y.r*D1|
00000010  39 33 36 42 33 31 37 2a  72 9d 59 00 34 37 2e 33  |936B317*r.Y.47.3|
00000020  37 32 37 36 30 00 00 00  30 38 2e 35 33 30 38 34  |72760...08.53084|
00000030  32 32 00 00 87 76 f3 7a  8c be 90 f8 4b a4 fa 00  |22...v.z....K...|
00000040  2e ae e3 dc 91 00 00 00  a9 01 8b                 |...........|

Please provide the Markdown content to translate.``` Offset Value Description

0004 000001234567 member-id (explicitly coded in decimal, value is: 1234567)

000a 599d722a UNIX timestamp, 08/23/2017 @ 12:16pm

000e 443139333642333137 obike identifier (D1936B317) this corresponds to the MAC address without the first 3 hex digits, in this case: D4:3D:19:36:B3:17

0017 2a729d59 same UNIX timestamp, little endian

001b 00 transaction type

001c 34372e333732373630000000 latitude (47.372760)

0028 30382e353330383432320000 longitude (08.5308422)

0034 8776f37a8cbe90f84ba4fa002eaee3dc mackey (128 bits)

0044 91 key index

0045 000000 ? 0048 a901 battery voltag level (little endian) e.g. 4.25V

Lorsqu'elle est utilisée avec une charge utile, cette commande supprime l'enregistrement de verrouillage actuel :```
00000000  67 74 0d 86 59 d5 ff a4  36 33 39 38 37 37 31 33  |gt..Y...63987713|
00000010  43 14                                             |C.|

La charge utile pour la commande de suppression se compose du "Bike Trade Number" qui a été lu précédemment, c'est-à-dire l'horodatage du moment où le vélo a été loué et l'identifiant obike:``` Offset Value Description

0004 59d5ffa4 timestamp (little endian) 000e 3633393837373133 "63987713C" obike identifier

### BLE Push Coords / Get Challenge

Type de commande : `1`  
Ces messages sont utilisés par l'appareil mobile pour indiquer la position actuelle de
l'obike, qu'il stockera.```
00000000  67 74 13 81 30 38 2e 35  33 30 38 34 32 32 34 37  |gt..08.530842247|
00000010  2e 33 37 32 37 36 30 b7                           |.372760.|

La charge utile se compose de la latitude et de la longitude :``` Offset Value Description

0004 30382e35333038343232 longitude (08.5308422) 000e 34372e333732373630 latitude (47.372763)

La commande peut également être utilisée sans payload :```
00000000 67 74 00 81 81                                     |gt...|

En réponse, l'obike envoie un défi, un entier 32 bits (little endian) représentant le nombre de millisecondes écoulées depuis la mise sous tension :``` 00000000 67 74 0b 41 00 11 51 00 06 ef 5f 34 aa 01 00 28 |gt.A..Q..._4...(|

I received no content to translate. The message ends with `INPUT:` followed by nothing. Please provide the actual Markdown chunk (31/87) so I can translate it from English to French.```
Offset Value                    Description
-------------------------------------------------------------------------
 0004  00115100                 ? (constant, sometimes also 00115900)
 0008  06ef5f34                 challenge (aka keysource)
 000c  aa01                     battery voltage level (little endian),
                                e.g 4.26V
 000e  00                       ? (constant)

Envoi des clés BLE

Type de commande: 2
Ces messages sont utilisés pour transmettre la réponse du challenge à l'obike.``` 00000000 67 74 18 82 8b 00 00 01 23 45 67 00 2a 72 9d 59 |gt......#d2.*r.Y| 00000010 2f 42 d3 b4 3b 1b 9d 51 e7 67 13 e3 77 |/B..;..Q.g..w|

Aucun contenu Markdown fourni pour la traduction.```
Offset Value                    Description
-------------------------------------------------------------------------
 0004  8b                       key index
 0005  00000123456700           member-id (explicitly coded in decimal,
                                value is 1234567)
 000c  2a729d59                 UNIX timestamp, little endian
                                08/23/2017 @ 12:16pm (UTC)
 0010  2f42d3b43b1b9d51e76713e3 enckey (truncated to 96 bits)

L'obike répond avec un seul octet d'état (00) :``` 00000000 67 74 01 42 00 42 |gt.B.B|

### Réinitialisation BLE

Type de commande: `9`    
Réinitialisez la puce CC2541.```
00000000: 67 74 00 89 89                                    gt...

Aucune réponse n'est renvoyée.

API REST HTTP oBike

Un client pour l'API REST obike, incluant la couche de chiffrement, est implémenté dans le module python obike.http_client.

Spécification de l'API REST

Le endpoint de l'API REST pour toutes les communications avec le backend oBike est :``` https://mobile.o.bike/api//

Selon l'appel REST, `v1` ou `v2` est actuellement utilisé.

Les requêtes effectuées par l'application mobile oBike vers le backend oBike utilisent les
en-têtes suivants :```
Host: mobile.o.bike
Connection: keep-alive
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept: */*
User-Agent: okhttp/3.4.2
platform: Android
Content-Type: application/json; charset=utf-8
version: 2.5.4
Authorization: Bearer 0123456789abcdef0123456789abcdef
Content-Length: 397

Chiffrement

À partir de l'automne 2017, la version 2 de l'API a été introduite, qui chiffre la plupart des charges utiles HTTP POST à l'aide d'un schéma de chiffrement symétrique. Les valeurs chiffrées sont transmises dans la charge utile d'un objet JSON de la forme :``` {"value": "b9fb151cd004e1d570201c8ee1a42a6bea3053550c545c446f192f11cfebac8389741 94cff9d3985cebf2bc751acc98359769a9886bc02fe9ab9fc1a5a646c46e1c51e668a717343307fc 5dcef00f8bf92e1badc6d0506f31303e5947ee3453d"}

La valeur hexadécimale est chiffrée avec AES-128, mode CBC, de la manière suivante :```
ciphertext = AES(plaintext_with_hash, secret_key, iv)

où secret_key est la chaîne oBAddMYFUzLed avec le numéro de version de l'application mobile ajouté. Par ex. pour la version 2.5.4, la clé secrète est oBAddMYFUzLed254. Le vecteur d'initialisation utilisé est 1234567890123456.

Le plaintext_with_hash est calculé à partir de :``` plaintext_with_hash = plaintext + '&' + SHA1(hash_key + plaintext + '&')

où `hash_key` est la chaîne `oBaddX4buhBMG`.

Voici comment déchiffrer un payload avec OpenSSL :```
$ echo -n "b9fb151cd0...453d" | \
xxd -r -p | \
openssl enc -aes-128-cbc -d -K 6f424164644d5946557a4c6564323534 -iv 313233343536
37383930313233343536

Authentification

Le schéma d'authentification de l'API REST rappelle vaguement OAuth/OpenID. Le nom d'utilisateur et le mot de passe sont envoyés, et en retour, le serveur envoie des jetons d'accès et de rafraîchissement pour une nouvelle session. Exemple :

Requête HTTP :``` POST /api/v2/member/login HTTP/1.1 platform: Android Connection: close Accept-Language: en version: 2.5.4 Content-Type: application/json; charset=utf-8 Content-Length: 396 Host: mobile.o.bike Accept-Encoding: gzip User-Agent: okhttp/3.4.2

{"value":"e4526007ae3791e4fabdd5f6833563f8499d076fe5a4039e1ac1bcb7788dc7a053e8b4 384faf202828e6587bbc4bf32f505429129871253ecc388b493f32368ac418f627acc7720c1b5e1a 4ecc35fca7e80dd99062c24cea0b920fcc297164f8703511520f05c2f91ada946dbee9320a0d2f24 f1101036133d53425e91f2b52b7abbea95cde3f395ce8f2c586aa1ea9eaa35fecb26214eb498dbd3 5c56d37b88ebdc100180da662cdae6d6aa50c31d2f92063c2acb8ff45f62d12d34005d48a3"}

Payload déchiffré :```
{"phone":"791234567","deviceId":"0123456789abc-0123456789abcdef01","password":"s
wordfish","countryCode":"41","dateTime":"1515100814123"}&687fdcb704d0661b67cf1a2
97b5059b1d4d67900

Réponse HTTP:``` HTTP/1.1 200 Server: nginx/1.10.3 (Ubuntu) Date: Thu, 04 Jan 2018 21:20:14 GMT Content-Type: application/json;charset=UTF-8 Transfer-Encoding: chunked Connection: close Vary: Accept-Encoding

{"data":{"resourceOwnerId":1234567,"accessToken":"0123456789abcdef0123456789abcd ef","refreshToken":"0123456789abcdef0123456789abcdef","scope":"customer","expire sIn":5184000,"registerCoupon":null},"success":true,"errorCode":100}

Les requêtes authentifiées doivent inclure le jeton d'accès dans l'en-tête Authorization
, par exemple :```
Authorization: Bearer 0123456789abcdef0123456789abcdef

Déverrouiller le vélo

Envoyez un défi et recevez une réponse utilisée pour déverrouiller l'oBike.

Requête HTTP :``` POST /api/v2/bike/unlockPass HTTP/1.1 Host: mobile.o.bike Connection: keep-alive Accept-Encoding: gzip, deflate Accept: / User-Agent: okhttp/3.4.2 platform: Android Content-Type: application/json; charset=utf-8 version: 2.5.4 Authorization: Bearer 0123456789abcdef0123456789abcdef Content-Length: 397

{"value": "697560f47a113c7950836a914d60a342ea3feac166dd74ae67aabfa5c51f79f27d0a0 3335e72d6fcf747681badbd177499deec15a2e545ef1e293431592f2e080ae5fa6e031064369bbfe f7bccf1a626d7c22265d2df4bcc20b514bf8aa0263d808d1de57ab3a8ef71093e0d558f0f6fba15b 59901b01ca6c95878d69f2f85c5dd90d9610222eb5f7ca2cf955991b7701496e701d39ed0b05514b 6f014634554"}

Payload déchiffré :```
{"dateTime":1515016440105,"deviceId":"0123456789abc-0123456789abcdef01","bikeId"
:"041001337","keySource":"54835578"}&cd835995e39c8076f15e3d989727106115b02b8b

Notes :

bikeId ne doit pas correspondre à l'oBike réellement déverrouillé
keySource est le challenge 32 bits généré par la serrure oBike en réponse à la commande "BLE Push Coords / Get Challenge".

Réponse HTTP :``` HTTP/1.1 200 Server: nginx/1.10.3 (Ubuntu) Date: Fri, 05 Jan 2018 16:03:35 GMT Content-Type: application/json;charset=UTF-8 Transfer-Encoding: chunked Connection: close Vary: Accept-Encoding X-Application-Context: customer:prod:8084

{"data":{"encryptionKey":136,"keys":"ff533ae8ec0b1a1816160e9182af7d74","serverTi me":1515168215665},"success":true,"errorCode":100}

### Message de verrouillage
Envoyer le code d'accusé de réception au serveur. Le serveur commence la facturation
dès réception de ce message.

Requête HTTP:```
POST /api/v2/bike/lockMessage HTTP/1.1
platform: Android
Connection: close
Accept-Language: en
version: 2.5.4
Authorization: Bearer 80828d0bd57c95f6d5012c45e548598e
Content-Type: application/json; charset=utf-8
Content-Length: 652
Host: mobile.o.bike
Accept-Encoding: gzip
User-Agent: okhttp/3.4.2

{"value":"14420a2ef69b61c06667a58bc6842c7b781b3fc650100652982bbe369b5c818df3225c
6cd8bb63e9cbd7c33a21b6d7be5c66b4ff7744ddcc3b5debf1a1fc0a1a8b379278b360edb5ab3ceb
7014954dc084c1f05a76aa311b09aafe5ca84215f8f3e03f4d9187c14bd0215c8f8c1f535cb46f8f
fc3cd8f327a9410b0378a61dddc0ffdbadd084ccae67442da6598e52f69452a5a7c4fc087df6f8f0
dfd3277db90ae6ecbaf4c7763f5c2bb24611fd8b89c00a2f87442b526bce73405b7370b8adca045c
2852068516c3f8a473cb79c8635092531ef9104f361370c2d11f352c8b3ad9c356a8f363e8da7120
0dcf36d264009e0098c208089f7fbc113fdf342b4222b1466e3d40287dd1b024b3c55bfcf4dbce28
e7156ea5ef1883dd2c390bf7f5eef7833e72ff33eb04ed501f91c7915670f4bb24382fe232adbe30
7ebf80acfb"}

Payload déchiffré :``` {"deviceId":"0123456789abc-0123456789abcdef01","lati":47.3732953,"longi":8.53144 7,"memberId":1234567,"dateTime":"1515159966559","index":"85","timestamp":"151515 9965000","mackey":"6C81C6822A08C30881CFB0D0FAF7D89B","vol":"3.79","transtype":0, "bikeTradeNo":"5A4F819D639BC4AE1"}&4b5d220310f48744cfadcfd0d554384e2df03921

Notes:
 * `mackey` correspond à la valeur 128 bits reçue par la commande BLE Hello,
 lorsque le vélo est à l'état déverrouillé.

Réponse HTTP:```
HTTP/1.1 200
Server: nginx/1.10.3 (Ubuntu)
Date: Fri, 05 Jan 2018 13:46:07 GMT
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
Transfer-Encoding: chunked
Connection: close
Vary: Accept-Encoding

{"data":{"startTime":1515159967958,"message":"Unlocked successfully."},"success"
:true,"errorCode":100}

Liste des commandes

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Requête HTTP :``` POST /api/v2/order/list HTTP/1.1 platform: Android Connection: close Accept-Language: en version: 2.5.4 Authorization: Bearer 0123456789abcdef0123456789abcdef Content-Type: application/json; charset=utf-8 Content-Length: 268 Host: mobile.o.bike Accept-Encoding: gzip User-Agent: okhttp/3.4.2

{"value":"14420a2ef69b61c06667a58bc6842c7b781b3fc650100652982bbe369b5c818df3225c 6cd8bb63e9cbd7c33a21b6d7be45a70bc261bf64e65f985aa51faefe44de6dcafd6e4037b82f1d05 029b4dcb85caeac6f67df317710c7ccd0b3303c92bb9557e2fde213bc397ede304c0c13a16b0310c 799a569df81f2f07a89c5cca06"}

Payload déchiffré :```
{"deviceId":"0123456789abc-0123456789abcdef01","current":1,"dateTime":"151605127
4357"}&11fae15b700f6f69133bfe167c1f99c503359cde

Réponse HTTP (avec JSON mis en forme):``` HTTP/1.1 200 Server: nginx/1.10.3 (Ubuntu) Date: Mon, 15 Jan 2018 21:21:16 GMT Content-Type: application/json;charset=UTF-8 Transfer-Encoding: chunked Connection: close Vary: Accept-Encoding

{ "data": { "per": 20, "current": 1, "count": 42, "list": [ { "id": 15871962, "orderNo": "1801060003123123", "status": 5, "price": 0, "bookTime": null, "cancelBookTime": null, "startTime": 1515168315000, "endTime": 1515168321000, "userId": 1234567, "bikeId": "041001337", "trackId": 17041234, "distance": 0, "minutes": 0, "freeMinutes": 0, "carbon": 0, "calorie": 0, "grade": 0, "unitPrice": 1.5, "currency": "CHF", "currencySymbol": "CHF", "actualPrice": 0, "actualCurrency": "CHF", "actualCurrencySymbol": "CHF", "activityId": null, "couponId": null, "clubcardId": null, "savedMoney": null, "tempActualPrice": null, "tradeNo": "5A4FA1D763990A444", "tempEndTime": null, "tempMinutes": null, "lockType": 1, "countryId": 167, "cityId": null, "platForm": null, "promotionActivityId": 0, "parkingAreaType": 0 }, ... ], "pages": 3 }, "success": true, "errorCode": 100 }

### Lister les vélos
Obtenez une liste des vélos autour des coordonnées fournies (lat, lng).

Requête HTTP :```
POST /api/v2/bike/list HTTP/1.1
platform: Android
Connection: close
Accept-Language: en
version: 2.5.4
Authorization: Bearer 0123456789abcdef0123456789abcdef
Content-Type: application/json; charset=utf-8
Content-Length: 428
Host: mobile.o.bike
Accept-Encoding: gzip
User-Agent: okhttp/3.4.2

{"value":"1a585fffc27493e530e50c48b834f0df905fa023d59a7db8d64bae39473cd75adc7c33
e8a0e9173845c9478046cff0c85bccbaecc7acd9cfadfc650c30cae4278d7f906da3a710742b6372
79f21f5367f3ea2fd95564ee7077b85af5ef9ebcf7d456c15616ffda4f25524b587936984b62abfe
8a2a94c042d4893c9e74c267a42aed5310acc5fbb4924d57008cb2081e3e3009fdab5cbc7fc640b7
2efc4e2ba2a10af81ac72aee5100e1c706b9eb500810e40aae855134fe9f625bb34a3626e843922c
7c2b222e6f32daf69f130e9350"}

Payload déchiffré :``` {"countryCode":41,"latitude":"47.37326917039802","longitude":"8.531275056302547" ,"deviceId":"0123456789abc-0123456789abcdef01","dateTime":"1508318416019"}&21b7e af2631f62fca73faf4c63fd75b1302aed4f

Réponse HTTP (avec JSON mis en forme et tronqué) :```
HTTP/1.1 200
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
Transfer-Encoding: chunked
Connection: close
Server: cloudflare-nginx

{
  "data": {
    "iconUrl": null,
    "list": [{
      "id": "041003059",
      "longitude": 8.527892,
      "latitude": 47.369085,
      "imei": "6F6E384C30503166",
      "countryId": 167,
      "helmet": 0
    }, {
      "id": "041001731",
      "longitude": 8.526518,
      "latitude": 47.369303,
      "imei": "6F6E53696D39706C",
      "countryId": 167,
      "helmet": 0
    },
    ...
    {
     "id": "041000911",
     "longitude": 8.526561,
     "latitude": 47.377715,
     "imei": "72616C48496E6974",
     "countryId": 167,
     "helmet": 0
   }]
 },
 "success": true
}

Installation```

$ apt update $ apt install git build-essential python python-pip libbluetooth-dev libglib2.0-dev $ git clone https://github.com/antoinet/obike.git $ cd obike $ pip install -r requirements.txt

## Références
 * [Démontage et reconstruction de l'antivol oBike, sauvetage de vélos partagés sans station](https://www.youtube.com/watch?v=Vl3Gl8w8n-Q)
 * [Exploration des faiblesses d'un système de vélos en libre-service](http://www.comp.nus.edu.sg/~hugh/CS3235/CS3235-SemI-2017-18-FinalProjects.pdf), [source alternative](http://web.archive.org/web/20180102175104/http://www.comp.nus.edu.sg/%7Ehugh/CS3235/CS3235-SemI-2017-18-FinalProjects.pdf)
 * [Dépôt FCC Huangzhou Luoping Electronics - Casier intelligent HBT203](https://fccid.io/2ALWC-HBT203)
 * [Les vélos en libre service dans les villes de Zurich et de Berne sont désormais retirés de la circulation temporairement, rts.ch](https://www.rts.ch/play/tv/19h30/video/les-velos-en-libre-service-dans-les-villes-de-zurich-et-de-berne-sont-desormais-retires-de-la-circulation-temporairement?id=9797225&station=a9e7621504c6960e35c3ecbe7f6bed0446cdf8da)
 * [CVE-2018-16242](https://seclists.org/bugtraq/2018/Sep/30)

## Crédits
D'autres chercheurs en sécurité m'ont contacté, ayant également travaillé sur
le système d'antivol oBike. Merci pour vos apports et contributions :
 * [@vincent_tky](https://twitter.com/vincent_tky)
 * mh ([SSD e.V.](https://ssdev.org))
 * Étudiants de CS3235 de [NUS Computing](https://www.comp.nus.edu.sg/)

obike

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