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软件逆向-外星人笔记本键盘USB协议逆向

推荐 原创

周杰伦

文章分类 软件逆向 阅读数 : 304 阅读时长 : 9分钟


【软件逆向-外星人笔记本键盘USB协议逆向】此文章归类为：软件逆向。

前言

我朋友一台 dell g16 购买时直接安装了linux系统，但是linux上没有官方的键盘控制中心，所以无法控制键盘灯光，于是我就想着能不能逆向一下键盘的协议，然后自己写一个控制键盘灯光的程序。我自己的外星人笔记本是m16，所以我就先从m16开始逆向。

USB协议分析

通过 chatgpt 得知，AlienFX设备通常通过USB接口连接到计算机。键盘的灯光控制是通过HID (人机接口设备) 协议进行的。当你使用AlienFX软件时，这些程序会发送特定的命令到键盘，告诉它如何设置灯光效果。

现在wireshark已经支持HID协议的解析，所以我们可以直接使用wireshark来分析USB协议。在安装wireshark是需要勾选安装USBPcap

打开wireshark，选择USBPcap1

设置要捕获的usb设备，然后点击start

打开 alienware command center，设置键盘灯光，在灯光效果除设置颜色为红色，然后点击应用。

然后我们就可以在wireshark中看到usb协议的数据包了， 我们可以看到有两个数据包，一个是发送数据包，一个是接收数据包。可以通过设置过滤器来过滤掉接收数据包，只看发送数据包，过滤设置为 usb.src == "host"

发现仅仅是改了一个按键的颜色，就发送了很多数据包，而且每个数据包的长度都不一样，这是因为每个数据包都是一个命令，而且每个命令的长度都不一样，所以我们需要找到每个命令的格式，然后才能解析出每个命令的含义。

验证数据包

这个时候我们需要写一个测试程序，来分析哪一个包让键盘改变了颜色，然后再分析这个包的格式。这里我们使用python将数据重发到usb设备，然后观察键盘的变化。

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import logging
import time
 
import usb
from usb import USBError
 
 
class AlienwareUSBDriver:
     VENDOR_ID = 0xd62
     PRODUCT_ID = 0xc2b0
 
     SEND_BM_REQUEST_TYPE = 0x21
     SEND_B_REQUEST = 0x09
     SEND_W_VALUE = 0x3cc
     SEND_W_INDEX = 0x0
 
     PACKET_LENGTH = 63
 
     def __init__( self ):
         self ._control_taken = False
         self ._device = None
 
     def acquire( self ):
         """ Acquire control of the USB controller."""
         if self ._control_taken:
             return
 
         self ._device = usb.core.find(idVendor = AlienwareUSBDriver.VENDOR_ID, idProduct = AlienwareUSBDriver.PRODUCT_ID)
 
         if self ._device is None :
             logging.error( "ERROR: No AlienFX USB controller found; tried VID {}, PID {}"
                           . format (AlienwareUSBDriver.VENDOR_ID, AlienwareUSBDriver.PRODUCT_ID))
 
         try :
             self ._device.set_configuration()
         except USBError as exc:
             logging.error( "Cant set configuration. Error : {}" . format (exc.strerror))
 
         try :
             usb.util.claim_interface( self ._device, 0 )
         except USBError as exc:
             logging.error( "Cant claim interface. Error : {}" . format (exc.strerror))
 
         self ._control_taken = True
         logging.debug( "USB device acquired, VID={}, PID={}" . format ( hex (AlienwareUSBDriver.VENDOR_ID),
                                                                    hex (AlienwareUSBDriver.PRODUCT_ID)))
 
     def release( self ):
         if not self ._control_taken:
             return
 
         try :
             usb.util.release_interface( self ._device, 0 )
         except USBError as exc:
             logging.error( "Cant release interface. Error : {}" . format (exc.strerror))
 
         try :
             self ._device.attach_kernel_driver( 0 )
         except USBError as exc:
             logging.error( "Cant re-attach. Error : {}" . format (exc.strerror))
 
         self ._control_taken = False
         logging.debug( "USB device released, VID={}, PID={}" . format ( hex (AlienwareUSBDriver.VENDOR_ID),
                                                                    hex (AlienwareUSBDriver.PRODUCT_ID)))
 
     def write_packet( self , pkt):
         if not self ._control_taken:
             return
 
         try :
             num_bytes_sent = self ._device.ctrl_transfer(
                 self .SEND_BM_REQUEST_TYPE, self .SEND_B_REQUEST,
                 self .SEND_W_VALUE, self .SEND_W_INDEX,
                 pkt, 0 )
 
             logging.debug( "wrote: {}, {} bytes" . format (pkt, len (pkt)))
             if len (pkt) ! = num_bytes_sent:
                 logging.error( "writePacket: intended to write {} of {} bytes but wrote {} bytes"
                               . format (pkt, len (pkt), num_bytes_sent))
 
             return num_bytes_sent
         except USBError as exc:
             logging.error( "writePacket: {}" . format (exc))

其中设备信息可以在wireshark中查看

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VENDOR_ID = 0xd62
PRODUCT_ID = 0xc2b0

在使用 device.ctrl_transfer 发送数据时需要指定 bmRequestType, bRequest, wValue, wIndex，这些信息也可以在wireshark中查看

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OUT_BM_REQUEST_TYPE = 0x21
OUT_B_REQUEST = 0x09
OUT_W_VALUE = 0x3cc
OUT_W_INDEX = 0x0

尝试将wireshark中的数据包发送到键盘，通过测试发现，其中一条数据包发送后，Q键的灯光才会改变

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if __name__ = = '__main__' :
     device = AlienwareUSBDriver()
     device.acquire()
 
     data = bytes.fromhex( 'cc8c020073072f46121278b56519a6f9661799e568127ab7691aaaff6a2aaaff6c2aaaff6e137fbf7019a6f9711aaaff8608334b8708334b8808334b2bfc0000' )
     device.write_packet(data)

数据包格式分析

通过分析得知，每次改变颜色，awcc 会通过CC 8C 02 00 命令把所有按键的颜色发送一遍 ，经过多次测试，发现每个按键的颜色都是由三个字节表示，分别是 R G B，所以我们可以通过改变这三个字节来改变按键的颜色。包格式如下:

经过多次尝试后，将整个键盘的对应序号，得到如下表格

Key Code Key Code Key Code Key Code
esc 1 f4 5 u 0x31 lshift 0x52
f1 2 f5 6 i 0x32 z 0x54
f2 3 f6 7 o 0x33 x 0x55
f3 4 f7 8 p 0x34 c 0x56
f8 9 3 0x18 [ 0x35 v 0x57
f9 0xa 4 0x19 ] 0x36 b 0x58
f10 0xb 5 0x1a \ 0x38 n 0x59
f11 0xc 6 0x1b a 0x3f m 0x5a
f12 0xd 7 0x1c s 0x40 , 0x5b
home 0xe 8 0x1d d 0x41 . 0x5c
end 0xf 9 0x1e f 0x42 / 0x5d
del 0x10 0 0x1f g 0x43 rshift 0x5f
` 0x15 - 0x20 h 0x44 up 0x73
1 0x16 = 0x21 j 0x45 lctrl 0x65
2 0x17 back 0x24 k 0x46 fn 0x66
tab 0x29 caps 0x3e l 0x47 lwin 0x68
q 0x2b enter 0x4b ; 0x48 lalt 0x69
w 0x2c space 0x6a ' 0x49 ralt 0x70
e 0x2d rwin 0x6e right 0x88 rctrl 0x71
r 0x2e ralt 0x70 down 0x87 left 0x86
t 0x2f microphone 0x14 voice0 0x11 voice+ 0x13
y 0x30 voice- 0x12 voice+ 0x13 voice- 0x12

可以用一个例子来验证上面的keymap是否正确

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if __name__ = = '__main__' :
     device = AlienwareUSBDriver()
     device.acquire()
 
 
     keymap = {
         'esc' : 1 , 'f1' : 2 , 'f2' : 3 , 'f3' : 4 , 'f4' : 5 , 'f5' : 6 , 'f6' : 7 , 'f7' : 8 , 'f8' : 9 , 'f9' : 0xa , 'f10' : 0xb , 'f11' : 0xc , 'f12' : 0xd , 'home' : 0xe , 'end' : 0xf ,
         'del' : 0x10 , '`' : 0x15 , '1' : 0x16 , '2' : 0x17 , '3' : 0x18 , '4' : 0x19 , '5' : 0x1a , '6' : 0x1b , '7' : 0x1c , '8' : 0x1d , '9' : 0x1e , '0' : 0x1f , '-' : 0x20 , '=' : 0x21 ,
         'back' : 0x24 , 'microphone' : 0x14 , 'tab' : 0x29 , 'q' : 0x2b , 'w' : 0x2c , 'e' : 0x2d , 'r' : 0x2e , 't' : 0x2f , 'y' : 0x30 , 'u' : 0x31 , 'i' : 0x32 , 'o' : 0x33 , 'p' : 0x34 ,
         '[' : 0x35 , ']' : 0x36 , '\\': 0x38, ' voice0 ': 0x11, ' caps ': 0x3e, ' a ': 0x3f, ' s ': 0x40, ' d ': 0x41, ' f ': 0x42, ' g ': 0x43, ' h ': 0x44, ' j ': 0x45, ' k': 0x46 ,
         'l' : 0x47 , ';' : 0x48 , '\'' : 0x49 , 'enter' : 0x4b , 'voice+' : 0x13 , 'lshift' : 0x52 , 'z' : 0x54 , 'x' : 0x55 , 'c' : 0x56 , 'v' : 0x57 , 'b' : 0x58 , 'n' : 0x59 , 'm' : 0x5a ,
         ',' : 0x5b , '.' : 0x5c , '/' : 0x5d , 'rshift' : 0x5f , 'up' : 0x73 , 'voice-' : 0x12 , 'lctrl' : 0x65 , 'fn' : 0x66 , 'lwin' : 0x68 , 'lalt' : 0x69 , 'space' : 0x6a , 'ralt' : 0x70 ,
         'rwin' : 0x6e , 'rctrl' : 0x71 , 'left' : 0x86 , 'down' : 0x87 , 'right' : 0x88
     }
 
     def get_key_bytes(a, b, a_color, b_color):
         header = bytes.fromhex( 'cc8c0200' )
         a_bytes = (a << 24 | a_color).to_bytes( 4 , byteorder = 'big' )
         b_bytes = (b << 24 | b_color).to_bytes( 4 , byteorder = 'big' )
 
         data = header + a_bytes + b_bytes
         out = data + bytes( 64 - len (data))
         return out
 
 
     chars = list (keymap.keys())
     a = 0
     a_color = 0
     b = 0
     b_color = 0
     for i, k in enumerate (chars):
         key = keymap[k]
         a = key
         a_color = 0xff0000
         b = 0
         b_color = 0
         if i > 0 :
             b = keymap[chars[i - 1 ]]
             b_color = 0x00ff00
         device.write_packet(get_key_bytes(a, b, a_color, b_color))
         time.sleep( 0.3 )
 
     a_color = 0x00ff00
     b_color = 0x00ff00
     device.write_packet(get_key_bytes(a, b, a_color, b_color))

效果如下：

这样我们就可以根据需要，来动态设置每个按键的颜色了。

其他命令

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cc8c1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

关闭波动灯光的命令，格式如下：

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cc8c0500010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101000000000100010101010101010101010101010100000000
cc8c0600000101010101010101010101010101000000000000010001010101010101010101000100000000000101000101010001000100010100010000000000

开启波动灯光的命令，格式如下：

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cc800305000001010101000000000000050000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

最后

在分析过程中，也是花费了不少时间， 主要是 alineware command center 在全键盘设置成一个颜色时，会发送很多数据包，而且每个键对应的颜色值还不一样，我以为有特殊的算法

比如我设置成绿色时，发送的数据包如下：

他会为每个键随机生成颜色相近的值， 这些值同样是以十六进制表示的RGB颜色代码。我们可以解析这些代码来看看这些颜色是否相似。

以下是解析的颜色及其RGB值：

  1. 00 3F 11 - RGB(0, 63, 17)
  2. 00 FF 4A - RGB(0, 255, 74)
  3. 00 8E 29 - RGB(0, 142, 41)
  4. 00 91 2A - RGB(0, 145, 42)
  5. 00 A3 2F - RGB(0, 163, 47)
  6. 00 9E 2D - RGB(0, 158, 45)
  7. 00 9B 2D - RGB(0, 155, 45)
  8. 00 99 2C - RGB(0, 153, 44)
  9. 00 A0 2E - RGB(0, 160, 46)
  10. 00 91 2A - RGB(0, 145, 42)
  11. 00 8E 29 - RGB(0, 142, 41)
  12. 00 9B 2D - RGB(0, 155, 45)
  13. 00 CC 3B - RGB(0, 204, 59)
  14. 00 8E 29 - RGB(0, 142, 41)
  15. 00 FF 4A - RGB(0, 255, 74)

从这些解析的值可以看出，这些颜色大多是绿色调，但是其中有不同的亮度和饱和度。例如，00 FF 4A是一个明亮的绿色，而00 8E 29是一个相对较深的绿色。

总的来说，这些颜色都是绿色调，并且大部分的颜色是相似的。不过，其中的一些颜色（如00 FF 4A）会显得明显更亮和饱和。所以，这些颜色大部分是相似的。



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