Home / HTB / HTB: Secure Digital a SPI protokol

HTB: Secure Digital a SPI protokol

8. septembra 2025 · theoldone

HTB: Secure Digital

type: hardware difficulty: very easy

V rámci série výziev Hack The Box (HTB) sa objavila výzva Secure Digital ktorá sa zameriava na analýzu SPI (Serial Peripheral Interface) protokolu a extrakciu dát z microSD karty. Tento typ výzvy je ideálny pre tých ktorí sa chcú ponoriť do hardvéru a naučiť sa ako komunikovať s embedded zariadeniami.

Zadanie

Musíme získať hlavný kľúč uložený na microSD karte v prístupovom systéme. Spoje vedúce k tejto karte sú prístupné na vrchnej vrstve dosky plošných spojov. Operatívny technik ich preto mohol prerušiť a vložiť medzi ne zariadenie ktoré zachytáva signály. Potom spustili čítanie kľúča ktorý sa prenášal cez nezabezpečené sériové rozhranie. Našou úlohou je zistiť čo zariadenie prečítalo.

SPI

SPI protokol

SPI, teda Serial Peripheral Interface je sériový komunikačný protokol ktorý sa často používa na prepojenie mikroprocesorov alebo mikrokontrolérov s rôznymi periférnymi zariadeniami ako sú senzory, pamäťové čipy, displeje alebo prevodníky signálu. Tento protokol umožňuje priamu výmenu dát medzi zariadeniami pričom jedna strana – master – riadi celú komunikáciu a druhá strana – slave – reaguje na jeho príkazy.

Na rozdiel od paralelnej komunikácie kde sa posielajú celé slová súčasne po viacerých vodičoch, SPI posiela dáta po jednom bite teda sériovo. Tento prístup zjednodušuje hardvér a umožňuje veľmi rýchly prenos informácií. Komunikácia prebieha full-duplex spôsobom čo znamená že master a slave môžu posielať a prijímať dáta súčasne čím sa zvyšuje efektivita prenosu.

SPI používa štyri základné vodiče. MOSI (Master Out, Slave In) prenáša dáta z mastera do slave zariadenia zatiaľ čo MISO (Master In, Slave Out) prenáša dáta opačným smerom. Hodinový signál (SCLK) ktorý určuje rýchlosť a načasovanie prenosu generuje master prostredníctvom vodiča SCK. Aby master vedel ktoré zariadenie má práve komunikovať používa sa vodič SS alebo CS (Slave Select / Chip Select) ktorý aktivuje konkrétneho slave zariadenia. Každé slave zariadenie zvyčajne vyžaduje vlastnú linku SS aby sa zabránilo konfliktom pri viacerých pripojených perifériách.

Jednou z veľkých výhod SPI je jeho vysoká rýchlosť a jednoduchosť čo ho robí ideálnym pre aplikácie kde je potrebný rýchly prenos dát. Nevýhodou však je že každé zariadenie potrebuje samostatnú SS linku a samotný protokol nemá vstavaný systém adresovania ako napríklad I²C. Ďalším limitom je vzdialenosť – SPI sa obvykle používa len na krátke vzdialenosti, typicky niekoľko desiatok centimetrov až metrov.

Celkovo je SPI protokol výkonným a efektívnym riešením pre pripojenie periférií k mikrokontrolérom najmä tam kde je potrebná vysoká rýchlosť a jednoduchá implementácia.

SPI

Postup

K dispozícií máme súbor s názvom trace_captured.sal. je to binárny záznam zachytený pomocou logického analyzátora (saleae Logic) ktorý monitoruje komunikáciu medzi zariadeniami cez SPI. Ako sme spomenuli vyššie tento záznam obsahuje štyri digitálne kanály ktoré reprezentujú:

MOSI (Master Out Slave In) – dáta posielané z master zariadenia do slave zariadenia. MISO (Master In Slave Out) – dáta posielané zo slave zariadenia do master zariadenia. SCK (Serial Clock) – hodinový signál generovaný master zariadením. SS (Slave Select) – signál určujúci, ktoré slave zariadenie je aktívne.

Máme hneď niekoľko možností ako získať vlajku. Najjednoduchší spôsob je zobrať súbor a dekódovať na stránke CyberChef. Ďaľším spôsobom je analyzovať dáta pomocou programu Logic 2.

  1. Pre otvorenie súboru použijeme Logic 2 a v menu si pridáme SPI analyzér kde vyberieme jednotlivé kanály

SPI

  1. Následne je možné identifikovať prenosy dát a hľadať špecifické vzory alebo reťazce, ktoré môžu naznačovať prítomnosť flagu.
  2. Ja som súbor exportoval do csv formátu, rozdelil jednotlivé dáta do stĺpcov a dekódoval pomocou scriptu. (csv export bez prekladu ascii/hex iba binary)
# Načítanie CSV súboru z logického analyzátora
df = pd.read_csv("digital.csv")
# Mapovanie kanálov podľa CSV
# Predpoklad: Channel 0 = MOSI, Channel 1 = MISO, Channel 2 = CS, Channel 3 = SCK
MOSI = df["Channel 0"].values  # Data posielané z mastera
MISO = df["Channel 1"].values  # Data posielané z periférie (tu zatiaľ nepoužívame)
CS   = df["Channel 2"].values  # Chip Select, aktívny low
SCK  = df["Channel 3"].values  # Hodinový signál SPI

Aby sme mohli dekódovať SPI komunikáciu, musíme si vybrať správne stĺpce. V tomto prípade: MOSI (Master Out Slave In) – dáta od mastera k slave zariadeniu, MISO (Master In Slave Out) – dáta od slave k masterovi (zatiaľ nepoužívame), CS (Chip Select) – signalizuje, kedy je vybrané dané zariadenie (aktívne v log. 0), SCK (Serial Clock) – hodinový signál, podľa ktorého sa čítajú bity.

Definujeme funkciu spi_decode, ktorá vykoná samotné dekódovanie SPI komunikácie. Používame premenné na sledovanie hodín, skladanie bytov a ukladanie výsledku.

def spi_decode(MOSI, MISO, SCK, CS):
    prev_clk = 0          # Predchádzajúci stav hodinového signálu (na detekciu nábežnej hrany)
    current_byte = 0      # Tu sa postupne ukladá skladaný byte
    bit_count = 0         # Počet bitov zozbieraných do aktuálneho bytu
    byte_list = []        # Zoznam dekódovaných bytov

    # Prejdenie všetkých vzoriek súčasne (CS, SCK, MOSI)
    for cs, clk, mosi in zip(CS, SCK, MOSI):
        if cs == 0:  # Ak je CS aktívne (low), prebieha komunikácia
            if prev_clk == 0 and clk == 1:  # Detekcia nábežnej hrany hodinového signálu
                # Posuň aktuálny byte doľava a pridaj nový bit z MOSI
                current_byte = (current_byte << 1) | mosi
                bit_count += 1
                # Ak máme 8 bitov, uložíme byte a resetujeme premenné
                if bit_count == 8:
                    byte_list.append(current_byte)
                    current_byte = 0
                    bit_count = 0
        else:
            # Ak CS nie je aktívne (high), resetujeme aktuálny byte a počet bitov
            # To zabráni nesprávnej akumulácii dát mimo rámca SPI prenosu
            current_byte = 0
            bit_count = 0

    return byte_list

bytes_out = spi_decode(MOSI, MISO, SCK, CS)

# Konverzia bajtov na ASCII
# Znaky mimo čitateľného rozsahu (32–126) nahradíme bodkou '.'
ascii_str = ''.join(chr(b) if 32 <= b <= 126 else '.' for b in bytes_out)

Prechádzame všetky vzorky a dekódujeme ich podľa hodín. Komunikácia je povolená len vtedy, keď je CS = 0. Dáta sa zachytávajú pri nábežnej hrane hodín (prechod z 0 na 1). Každý bit sa vloží do current_byte pomocou posunu a logického OR.

Keď nazbierame 8 bitov máme kompletný byte. Ten uložíme do výsledného zoznamu a začneme zbierať nový byte od nuly.

Ak CS = 1 znamená to že žiadna komunikácia neprebieha. V tom prípade resetujeme všetko aby sme nenazbierali “odpadové” bity mimo SPI rámca.

Prevedieme dekódované byty na čitateľné ASCII znaky. Ak sa v bytoch nachádzajú nečitateľné hodnoty nahradíme ich bodkou aby bol výstup prehľadný.

celý script nájdete na: spi_reader.py

  1. Súbor vieme tiež elegantne dekódovať v linuxe pomocou príkazov cut ale data som vytiahol aj s HEX

SPI

cut -d';' -f4 – vezme 4. stĺpec (MOSI). tr -d '\n' – poskladá všetky znaky do jedného riadku. grep -o "HTB{[^}]*}" – nájde a vypíše samotný flag vo formáte HTB{...}

Záver

Výzva Secure Digital ukázala že SPI prenosy je možné jednoducho zachytiť a dekódovať či už v Logic 2, Pythonom alebo pomocou príkazov v linuxe. Keďže SPI nemá vstavané zabezpečenie MOSI/MISO linky prenášajú dáta v čitateľnej podobe a útočníkovi stačí správne mapovať kanály.

Poučenie je jednoznačné: SPI je rýchly a jednoduchý protokol ale nie bezpečný. Prenos citlivých údajov preto musí byť doplnený o šifrovanie alebo aplikačnú ochranu, inak je odpočúvanie triviálne.

TheOldOne · Miroslav Gensor ·