Descrizione del Protocollo oBike (BLE/HTTP)

Questo documento fornisce un'analisi dei protocolli di comunicazione oBike a partire da gennaio 2018.

I risultati sono stati presentati alla insomni'hack security conference 2019:

nonché all'AREA41 security conference 2018:

Comunicazione Generale oBike

La serratura oBike è composta da un microcontrollore TI CC2541, un System on a Chip (SoC) ottimizzato per il consumo energetico usato per applicazioni Bluetooth Low Energy (BLE). La serratura stessa non ha connettività IP; sfrutta la connessione 3G/4G del dispositivo mobile per comunicare con il backend oBike. La serratura comunica via BLE con l'app oBike sul dispositivo mobile. I messaggi di protocollo vengono poi inoltrati al backend oBike tramite una API REST.

## Sequenza di sblocco```
 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)

Passaggi:

Invia tramite BLE il messaggio hello e invia le coordinate al lucchetto.
Ricevi tramite BLE keySource, un valore a 32 bit che rappresenta il numero di millisecondi da quando il chip è stato alimentato (little endian).
Invia tramite HTTPS keySource al backend oBike mediante la chiamata REST unlockPass.
Ricevi tramite HTTPS encKey (indice della chiave) e un valore di chiave a 128 bit in keys.
Invia tramite BLE encKey (troncato a 96 bit) e l'index ( corrisponde a encKey). A quel punto, la bici si sbloccherà.
Ricevi tramite BLE macKey e index, una conferma che lo sblocco è avvenuto con successo.
Invia tramite HTTPS lockMessage, con i valori corrispondenti (macKey e index). A quel punto, il backend oBike registrerà la corsa e avvierà la fatturazione.

Protocollo BLE

I componenti del protocollo BLE descritti nelle sezioni seguenti sono implementati nel modulo Python obike.ble_client. Inoltre, uno scanner per rilevare gli annunci BLE di obike è implementato in obike.ble_scanner.py.

Formato Generale dei Comandi```

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

Il messaggio sia in ingresso che in uscita inizia sempre con la firma `\x67\x74`
(ascii `gt`).

La lunghezza del payload è il numero di byte senza header/trailer.

Il protocollo supporta diversi tipi di messaggio identificati da un byte. I due bit
più significativi definiscono la direzione del messaggio:```
 0x86   1000 0101     mobile -> obike
 0x46   0100 0101     obike  -> mobile

Il byte di controllo viene calcolato eseguendo lo XOR tra il tipo di comando e i byte del payload:``` check_byte = cmdtype ^ b[0] ^ b[1] ^ ... ^ b[N-1]

La dimensione massima PDU è 19 byte (header + payload + trailer). I messaggi
che superano questa dimensione vengono frammentati.

### BLE getLockRecord/deleteLockRecord

Tipo di comando: `6`  
Questi messaggi vengono utilizzati per gestire il "lock record", un record di dati
persistito dal chip contenente le informazioni dell'ultima corsa, come memberid,
timestamp, identificativo oBike, coordinate, ecc.

Se chiamato senza payload, il comando viene utilizzato per recuperare il lock
record salvato:```
00000000  67 74 00 86 86                                    |gt...|

Se non è disponibile alcun record di blocco, il blocco risponde con un payload vuoto.``` 00000000 67 74 00 46 46 |gt.FF|

Altrimenti, la risposta del lucchetto contiene diversi valori dell'ultima corsa, nel
seguente formato:```
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                 |...........|

Il contenuto da tradurre non è stato fornito. L'input è vuoto.``` 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

Quando usato con un payload, questo comando elimina il record di blocco corrente:```
00000000  67 74 0d 86 59 d5 ff a4  36 33 39 38 37 37 31 33  |gt..Y...63987713|
00000010  43 14                                             |C.|

Il payload per il comando delete consiste nel "Bike Trade Number" che è stato letto in precedenza, cioè il timestamp di quando la bici è stata noleggiata e l'identificatore obike:``` Offset Value Description

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

### BLE Push Coords / Get Challenge

Command type: `1`  
Questi messaggi vengono utilizzati dal dispositivo mobile per indicare la posizione attuale dell'obike, che verrà memorizzata.```
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.|

Il payload è costituito da latitudine e longitudine:``` Offset Value Description

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

Il comando può anche essere usato senza payload:```
00000000 67 74 00 81 81                                     |gt...|

In risposta, l'obike invia una sfida, un intero a 32 bit (little endian) che rappresenta il numero di millisecondi trascorsi dall'accensione:``` 00000000 67 74 0b 41 00 11 51 00 06 ef 5f 34 aa 01 00 28 |gt.A..Q..._4...(|

## Ricerca```
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)

Invio Chiavi BLE

Tipo di comando: 2
Questi messaggi vengono utilizzati per trasmettere la risposta della challenge a 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|

#### Un esempio

<video controls alt="video di esempio" src="https://github.com/user-attachments/assets/0ffba2f2-bf78-4b06-9cd7-0d65e7535c4d">
</video>

Se hai registrato uno scenario in una directory di progetto, puoi eseguire analisi come Bluffs sullo scenario specificando il nome della sua directory tramite il parametro `-d` per evitare di registrare nuovamente.```
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 risponde con un singolo byte di stato (00):``` 00000000 67 74 01 42 00 42 |gt.B.B|

### Reset BLE

Tipo di comando: `9`    
Resetta il chip CC2541.```
00000000: 67 74 00 89 89                                    gt...

Non viene restituita alcuna risposta.

oBike HTTP REST API

Un client per l'API REST di obike, che include il livello di crittografia, è implementato nel modulo python obike.http_client.

Specifica dell'API REST

L'endpoint dell'API REST per tutta la comunicazione con il backend oBike è:``` https://mobile.o.bike/api//

A seconda della chiamata REST, attualmente viene utilizzato `v1` o `v2`.

Le richieste effettuate dall'app mobile oBike verso il backend oBike utilizzano le
seguenti intestazioni:```
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

Crittografia

A partire dall'autunno 2017, è stata introdotta la versione 2 dell'API, che crittografa la maggior parte dei payload HTTP POST utilizzando uno schema di crittografia simmetrica. I valori crittografati vengono trasmessi nel payload di un oggetto JSON della forma:``` {"value": "b9fb151cd004e1d570201c8ee1a42a6bea3053550c545c446f192f11cfebac8389741 94cff9d3985cebf2bc751acc98359769a9886bc02fe9ab9fc1a5a646c46e1c51e668a717343307fc 5dcef00f8bf92e1badc6d0506f31303e5947ee3453d"}

Il valore esadecimale viene crittografato con AES-128, modalità CBC, nel seguente modo:```
ciphertext = AES(plaintext_with_hash, secret_key, iv)

dove secret_key è la stringa oBAddMYFUzLed a cui viene aggiunto il numero di versione dell'app mobile. Ad es. per la versione 2.5.4, la chiave segreta è oBAddMYFUzLed254. Il vettore di inizializzazione utilizzato è 1234567890123456.

Il plaintext_with_hash è calcolato da:``` plaintext_with_hash = plaintext + '&' + SHA1(hash_key + plaintext + '&')

where `hash_key` è la stringa `oBaddX4buhBMG`.

Ecco come decrittare un payload usando OpenSSL:```
$ echo -n "b9fb151cd0...453d" | \
xxd -r -p | \
openssl enc -aes-128-cbc -d -K 6f424164644d5946557a4c6564323534 -iv 313233343536
37383930313233343536

Autenticazione

Lo schema di autenticazione della REST API ricorda vagamente OAuth/OpenID. Vengono inviati nome utente e password e, in cambio, il server invia token di accesso e di aggiornamento per una nuova sessione. Esempio:

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

Risposta 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}

Le richieste autenticate devono includere il token di accesso nell'header Authorization
, ad esempio:```
Authorization: Bearer 0123456789abcdef0123456789abcdef

Sblocca Bici

Invia una sfida e ricevi una risposta usata per sbloccare la oBike.

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

Note:

bikeId non deve corrispondere alla oBike effettiva che viene sbloccata
keySource è la challenge a 32 bit generata dal lucchetto oBike come risposta al comando "BLE Push Coords / Get Challenge".

Risposta 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}

### Messaggio di blocco
Invia il codice di conferma al server. Il server avvia la fatturazione quando riceve questo messaggio.

Richiesta 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 decrittato:``` {"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

Note:
 * `mackey` corrisponde al valore a 128 bit ricevuto dal BLE Hello Command, quando la bici è nello stato di sblocco.

Risposta 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}

Elenco Ordini

Ottieni un elenco delle corse prenotate con questo account.

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

Risposta HTTP (con JSON formattato in modo leggibile):``` 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 }

### Elenca Bici
Ottieni un elenco di bici attorno alle coordinate fornite (lat, lng).

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

Risposta HTTP (con JSON pretty-printed e troncato):```
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
}

Installazione```

$ 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

## Riferimenti
 * [Smontaggio e ricostruzione del lucchetto oBike, recupero di bike sharing senza stazione](https://www.youtube.com/watch?v=Vl3Gl8w8n-Q)
 * [Esplorazione delle debolezze nei sistemi di bike sharing](http://www.comp.nus.edu.sg/~hugh/CS3235/CS3235-SemI-2017-18-FinalProjects.pdf), [fonte alternativa](http://web.archive.org/web/20180102175104/http://www.comp.nus.edu.sg/%7Ehugh/CS3235/CS3235-SemI-2017-18-FinalProjects.pdf)
 * [Registrazione FCC Huangzhou Luoping Electronics - Smart Locker HBT203](https://fccid.io/2ALWC-HBT203)
 * [Le biciclette in libero servizio nelle città di Zurigo e Berna sono state temporaneamente ritirate dalla circolazione, 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)

## Crediti
Sono stato contattato da altri ricercatori di sicurezza, che hanno lavorato anch'essi
sul sistema di lucchetto oBike. Grazie per i vostri contributi e le vostre segnalazioni:
 * [@vincent_tky](https://twitter.com/vincent_tky)
 * mh ([SSD e.V.](https://ssdev.org))
 * Studenti CS3235 di [NUS Computing](https://www.comp.nus.edu.sg/)

obike

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