Python网络安全工具高级开发（六十一）：IoT安全之硬件接口安全测试 (UART)

摘要：在本文中，我们将把IoT安全分析从“软件”推向“物理硬件”层面。我们将探讨当物理访问设备成为可能时，如何利用设备电路板（PCB）上为调试而遗留的硬件接口来发起攻击。本文将重点聚焦于最常见、最容易被利用的“后门”——UART（通用异步收发器）串行控制台。你将学习如何识别UART的引脚（GND, TX, RX），并利用一个USB-to-UART适配器和Python的pyserial库，编写一个自动化的**“Root Shell猎手”脚本。这个脚本能够自动扫描所有可用的串口和波特率（Baud Rates），并注入命令（如id, uname -a），以检测是否存在一个无需密码的root权限**控制台，从而实现对设备的完全接管。

关键词：Python, IoT安全, 硬件Hacking, UART, pyserial, 串行端口, Root Shell, 逆向工程

正文

⚠️ 终极警告：硬件操作与合法性

硬件风险：进行硬件接口测试需要你拆开设备。操作不当（如短路、接错VCC）可能导致设备永久性损坏。

环境：你只能在你拥有的设备上进行此类实验。

工具：你需要一个USB-to-UART适配器（如PL2303, FT232R, CH340），几根杜邦线，以及（可选的）一个万用表。

1. “后门”：为什么UART是头号目标？

开发者在设计IoT设备（如路由器、摄像头）时，为了方便在工厂生产和后期调试，几乎总会在电路板（PCB）上留下一组调试接口。在理想情况下，这些接口应在产品发布前被“禁用”（例如，通过软件关闭或物理移除）。

然而，在现实中，无数的设备都忘记了这一步。

UART（通用异步收发器）就是最常见的调试接口。它提供了对设备底层串行控制台（Serial Console）的直接访问。在一个典型的嵌入式Linux系统中，这个控制台很可能会在系统启动时打印出所有的引导日志（Bootlog），并且在启动完成后，直接提供一个root权限的shell提示符（#），而不需要任何密码。

对于攻击者来说，找到这个接口，就等于直接“走进”了设备的“指挥中心”。

2. 物理侦察：找到UART的“针脚”

拆开设备：找到主PCB。

寻找引脚：寻找一组（通常是3个或4个）排成一排的、未连接的金属引脚或焊盘。

识别引脚：你需要识别出至少三个：

GND（地线）：使用万用表，找到与设备USB接口金属外壳或大型金属屏蔽罩导通的那个引脚。

VCC（电源）：通常是3.3V或5V。我们通常不需要连接它！

TX（发送）：数据的发送端。

RX（接收）：数据的接收端。

（TX和RX的识别通常靠“猜”和“换”，或者使用逻辑分析仪）

连接：使用USB-to-UART适配器，将适配器的GND连接到设备的GND，将TX连接到RX，RX连接到TX（交叉连接）。

3. Python的“硬件控制台”：`pyserial`

当你的USB-to-UART适配器插入电脑后，操作系统会将其识别为一个串行端口（例如，Linux上的/dev/ttyUSB0，Windows上的COM3）。

pyserial库允许Python像一个终端程序（如minicom或putty）一样，向这个端口读写数据。

环境准备：

Bash


pip install pyserial

4. “盲猜”的艺术：波特率（Baud Rate）扫描

要成功通信，双方的“语速”（波特率）必须一致。常见的波特率有9600, 19200, 38400, 57600, 115200等。我们不知道目标设备用的是哪一个，所以我们必须写一个脚本来自动尝试所有可能。

5. 完整代码实现 (`uart_hunter.py`)

我们将编写一个脚本，它能自动发现串口，遍历所有常见波特率，并尝试发送

（回车）来“唤醒”控制台，如果收到了可读的响应（如一个login:提示符或#提示符），就认为找到了正确的波特率，并尝试执行id命令。

Python



# uart_hunter.py
import serial
import serial.tools.list_ports # 用于自动发现串口
import time
import argparse
 
# 常见的波特率列表
COMMON_BAUD_RATES = [9600, 19200, 38400, 57600, 115200]
 
# 常见的Shell提示符（正则表达式）
PROMPT_REGEX = rb"($ |# |> |login:|username:)"
 
def check_for_shell(port, baud_rate):
    """
    尝试在给定的串口和波特率下，寻找一个Shell。
    """
    print(f"[*] 正在测试: {port} @ {baud_rate}bps...")
    
    try:
        # 1. 打开串口连接，设置一个短超时
        ser = serial.Serial(port, baud_rate, timeout=2) # 2秒读超时
        
        # 2. "唤醒" 控制台：发送一个回车
        ser.write(b"
")
        time.sleep(0.5)
        
        # 3. 读取所有响应
        response = ser.read(1024)
        
        if response:
            print(f"  - 收到响应 (len={len(response)}): {repr(response)}")
            
            # 4. 检查是否命中了已知的Shell提示符
            if re.search(PROMPT_REGEX, response, re.IGNORECASE):
                print(f"
[!!!] 发现潜在的Shell！ @ {port} ({baud_rate}bps)")
                print(f"  - 提示符: {response.strip()}")
                
                # 5. 尝试发送 'id' 命令
                ser.write(b"id
")
                time.sleep(1)
                id_response = ser.read(1024)
                print(f"  - 'id' 命令响应: {id_response.decode('utf-8', 'ignore')}")
                
                if "uid=0(root)" in id_response.decode('utf-8', 'ignore'):
                    print("  - [!!!] 高危: 确认是 ROOT SHELL！")
                    return True # 确认发现
            
        ser.close()
        
    except serial.SerialException as e:
        # print(f"  - 无法打开 {port}: {e}") # 权限问题或端口占用
        pass
    except Exception as e:
        print(f"  - 测试时出错: {e}")
        
    return False
 
def main():
    parser = argparse.ArgumentParser(description="自动化的UART Shell猎手。")
    parser.add_argument("-p", "--port", help="指定要扫描的串口 (例如 /dev/ttyUSB0 或 COM3)。")
    args = parser.parse_args()
 
    # 1. 自动发现串口
    if args.port:
        ports_to_scan = [args.port]
    else:
        print("[*] 正在自动发现串口...")
        ports_to_scan = [port.device for port in serial.tools.list_ports.comports()]
        if not ports_to_scan:
            print("[!] 未发现任何串口。请确保USB-to-UART适配器已连接。")
            return
        print(f"[+] 发现串口: {ports_to_scan}")
 
    # 2. 遍历所有串口和所有波特率
    found = False
    for port in ports_to_scan:
        for baud in COMMON_BAUD_RATES:
            if check_for_shell(port, baud):
                found = True
                break # 找到一个后就不再测试这个端口的其他波特率
        if found:
            break # 找到一个后就停止
            
    if not found:
        print("
[*] 扫描完成，未在常见波特率下发现明显的Shell。")
 
if __name__ == "__main__":
    import re
    main()