Описание протокола oBike (BLE/HTTP)

В этом документе представлен анализ коммуникационных протоколов oBike по состоянию на январь 2018 года.

Результаты были представлены на конференции по безопасности insomni'hack 2019:

• слайды
• запись

а также на конференции по безопасности AREA41 2018:

• слайды
• запись

Общая коммуникация oBike

Замок oBike состоит из микроконтроллера TI CC2541 — энергооптимизированной системы на кристалле (SoC), используемой для приложений Bluetooth Low Energy (BLE). Сам замок не имеет IP-подключения; он использует 3G/4G-соединение мобильного устройства для связи с бэкендом oBike. Замок взаимодействует по BLE с приложением oBike на мобильном устройстве. Затем сообщения протокола передаются в бэкенд oBike через REST API.

Замок не имеет собственного GPS-модуля. Поэтому позиция, сообщаемая бэкенду, всегда является позицией мобильного устройства, а не самого oBike.``` GPS | +---------+ +---------+ +----------+ | oBike | | Mobile | | oBike | | Lock | +--- BLE ---> | Device | +--- HTTPS ---> | Backend | +---------+ +---------+ +----------+

## Последовательность разблокировки```
 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)

Steps:

1. BLE отправляет сообщение hello, передаёт координаты замку.
2. BLE получает keySource — 32-битное значение, представляющее количество миллисекунд с момента включения чипа (little endian).
3. HTTPS отправляет keySource в бэкенд oBike через REST-вызов unlockPass.
4. HTTPS получает encKey (индекс ключа) и 128-битное значение ключа в keys.
5. BLE отправляет encKey (усечённый до 96 бит) и index (соответствует encKey). В этот момент велосипед разблокируется.
6. BLE получает macKey и index — подтверждение успешной разблокировки.
7. HTTPS отправляет lockMessage с соответствующими значениями (macKey и index). В этот момент бэкенд oBike зарегистрирует поездку и начнёт биллинг.

BLE-протокол

Компоненты BLE-протокола, описанные в следующих разделах, реализованы в Python-модуле obike.ble_client. Кроме того, сканер для обнаружения рекламных BLE-пакетов obike реализован в obike.ble_scanner.py.

Общий формат команд```

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

И входящие, и исходящие сообщения всегда начинаются с сигнатуры `\x67\x74`
(ascii `gt`).

Длина полезной нагрузки — это количество байт без учёта заголовка/хвостовой части.

Протокол поддерживает различные типы сообщений, идентифицируемые байтом. Два старших
бита определяют направление сообщения:```
 0x86   1000 0101     mobile -> obike
 0x46   0100 0101     obike  -> mobile

Контрольный байт вычисляется XOR-сложением типа команды и байтов полезной нагрузки:``` check_byte = cmdtype ^ b[0] ^ b[1] ^ ... ^ b[N-1]

Максимальный размер PDU составляет 19 байт (заголовок + полезная нагрузка + трейлер). Сообщения, превышающие этот размер, фрагментируются.

### BLE getLockRecord/deleteLockRecord

Command type: `6`  
Эти сообщения используются для управления «lock record» — записью данных, сохраняемой чипом и содержащей информацию о последней поездке: memberid, timestamp, идентификатор oBike, координаты и т.д.

Вызванная без полезной нагрузки, команда используется для получения сохранённой записи блокировки:```
00000000  67 74 00 86 86                                    |gt...|

Если запись о блокировке недоступна, блокировка отвечает пустой полезной нагрузкой.``` 00000000 67 74 00 46 46 |gt.FF|

В противном случае ответ замка содержит несколько значений из последней поездки, в следующем формате:```
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                 |...........|

Контент для перевода отсутствует — входной фрагмент пуст.``` 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