ChupaCarBrah:使用BeagleBone和Python进行汽车黑客攻击

描述

在这个项目中，我使用 Beaglebone Blue 通过 OBDII 端口将其连接到车辆上的 CAN 总线。我展示了如何使用 can-utils 和 python-can 来发送和接收 CAN 消息。我还介绍了如何将 GPS 模块和蜂窝调制解调器连接到 Beaglebone，以便您可以远程获取数据并将数据发送到移动的汽车。我使用 Python 脚本收集 GPS 坐标并解码 CAN 消息（车速、发动机、RPM、温度等），然后将所有内容发送到在 AWS 上运行的简单 Flask 服务器。

我们今天正在构建的间谍设备称为 ChupaCarBrah。

部分

这些是用于构建 ChupaCarBrah 的部件。

我使用塑料冲洗装置盖板连接 Beaglebone，并使用橡皮筋固定其他部件。我不得不在盖板的侧面钻两个额外的孔以匹配 BeagleBone 孔。我建议使用彩色连接线。这里使用的颜色标准是：

• 黑色：接地
• 红色：VCC
• 黄色：CAN 高
• 绿色：CAN 低

BeagleBone 引脚和 CAN 连接器如下所示。需要一个 JST/SH 连接器将连接线连接到 BeagleBone CAN 插槽。

组装

将 JST/SH 连接器连接到 Beaglebone Blue 上的 CAN 插槽，如下所示

将您的连接线连接到母连接器。在我们的例子中，连接器具有以下标准： 黑色：GND；红色：不会使用；黄色：CAN Hi；白色：CAN lo。你的可能不一样。

• GND：JST/SH 黑色 - 连接线黑色
• CAN Hi：JST/SH 黄色 - 连接线黄色
• CAN Lo：JST/SH 白色 - 连接线绿色

将黑色连接线的末端连接到 DC Barrel Jack 适配器上的负极“-”插槽，但先不要拧紧。获取另一根黑色连接线并插入同一个“-”插槽。将两根黑线拧在一起。

将红色连接线连接到 DC Barrel Jack 适配器上的正极“+”插槽。

DC Barrel Jack Adapter 插入 Beaglebone 12V 输入插孔。OBDII 将提供为 BeagleBone 供电所需的 12V。

将连接线连接到母 OBDII 连接器。您可能需要查看车辆手册，但通常 OBDII 的标准引脚是：

• 引脚 5：信号 GND
• 引脚 6：CAN 嗨
• Pin14：CAN Lo
• 引脚 16：12V

根据我们的连接线颜色代码约定，您需要将黑色线连接到 OBDII pin5；黄线到pin6；绿线接pin14，红线接pin 16。

此时您已经有了一个可以通过 OBDII 与您的汽车 CAN 总线交互的功能设备。如果这就是您要查找的全部内容，请跳至“带有 can-utils 的 CAN 总线”部分。

要构建完整的 ChupaCarBrah 设备，您仍然需要添加 GPS 模块、蜂窝调制解调器和电池。电池是可选的，但在您的汽车电池没电或 OBDII 电源断开的情况下非常重要（即使电池完全没电，您也可以找到您的车辆）。

将 GPS 模块连接到 BeagleBone 上的 UART GPS 插槽。

将您的 USB 蜂窝调制解调器连接到 BeagleBone 上的 USB 端口。在将蜂窝调制解调器连接到 BeagleBone 之前，请确保您已将有效的 SIM 卡插入到蜂窝调制解调器。

将 BeagleBone 连接到塑料板或您选择的任何其他绝缘材料上。

确保 GPS 模块和电池正确放置在底部。

将 OBDII 电缆放在电池上并使用橡皮筋固定所有东西。

确保连接线固定在 OBDII 连接器上。我也用了更多的橡皮筋。

连接电池，您的 ChupaCarBrah 将启动。

现在您已经准备好硬件，让我们设置所有必要的软件，以便我们可以开始使用 CAN 消息。

带有 can-utils 的 CAN 总线

打开您的 BeagleBone 并通过 WiFi 连接到它。我建议仅在长距离上使用蜂窝 LTE 网络，以便为您的数据计划节省一些钱。确保你已经安装并更新了 can-utils/socketCAN。运行以下命令：

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

sudo apt-get install can-utils

安装/更新 can-utils 后，检查 can0 接口是否可用

sudo ifconfig can0

root@beaglebone:~# sudo ifconfig can0
can0: flags=128 mtu 16
unspec 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00 txqueuelen 10 (UNSPEC)
RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
device interrupt 43

如果您在第二行看到带有 的类似输出，则表示您的 can0 接口可用且已禁用。在将 ChupaCarbrah 连接到汽车之前，您希望将其关闭。如果您需要禁用它，请运行：

sudo ifconfig can0 down

然后再次检查状态

sudo ifconfig can0

在确认接口 can0 可用和禁用后，将 ChupaCarBrah 连接到您的汽车 OBDII 端口（又名 DLC - 数据链路连接器）。有关确切位置，请参阅您的汽车手册，但通常位于靠近方向盘的仪表板下方。

完成整个设置后，您可能希望将其隐藏在仪表板中。

将 ChupaCarBrah 物理连接到您的汽车后，打开点火钥匙。您可能想启动引擎以防止耗尽汽车的电池（不要犯我犯的同样错误）。设置波特率，在我们的例子中是 500kbps，然后打开 can0 接口：

sudo ip link set can0 up type can bitrate 500000

sudo ifconfig can0 up

sudo ifconfig can0

root@beaglebone:~# sudo ifconfig can0
can0: flags=193 mtu 16,running,noarp>
unspec 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00 txqueuelen 10 (UNSPEC)
RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
device interrupt 43

如您所见，现在输出包含“”，这意味着您已准备好发送一些 CAN 消息。,>打开另一个终端（ssh 会话）并运行：

sudo candump can0

根据您的车辆，您可能会看到很多消息被捕获，类似于以下内容：

can0 418  [8] 50 FF 60 00 00 20 00 00
can0 412  [6] 1E 00 7A 00 8E 00
can0 2F1  [8] 00 00 79 00 00 00 00 00
can0 300  [8] 00 1B 80 89 9F FF 80 0A
can0 248  [8] 00 08 00 09 00 00 41 01
can0 236  [8] 0F FF 10 00 F0 00 00 39
can0 328  [8] 00 00 80 00 D8 80 FF FF
can0 330  [8] 0C FC FC FF FF FF 3F 89
can0 210  [8] 00 00 00 00 00 00 00 00
can0 308  [8] 40 02 B0 40 01 1F FF 00
can0 309  [7] 1F FF FF FF 0F FF 00
can0 312  [8] 67 EF 07 EF 09 BF 07 92
can0 356  [7] 3F FF 3F FF 0B B8 00
can0 7BC  [8] 40 00 00 00 00 00 00 00
can0 218  [8] 8E 38 DD 42 00 80 00 00
can0 338  [8] FF FF 00 FF FF 00 FF FF
can0 315  [7] 28 00 00 00 00 8D 00
can0 200  [8] 00 03 C0 00 C0 00 C0 00

但是，对于某些车辆，包括我的车辆，ODBII CAN 总线默认是安静的，并且只会对发送到总线的消息做出反应。如果您也是这种情况，您可以通过使用“cansend”命令发送检索车辆 VIN 号的消息来确认 CAN 是否正常工作。让“candump”在第二个终端上运行并返回到第一个终端。然后运行：

sudo cansend can0 7DF#0209020000000000

在运行“candump”的终端上，您应该能够看到与此类似的请求和响应：

root@beaglebone:~# candump can0
can0 7DF  [8] 02 09 02 00 00 00 00 00
can0 7E8  [8] 10 14 49 02 01 32 43 34
can0 484  [8] 03 7F 09 11 00 00 00 00

第二行的响应“7E8”将最后 3 个字节设置为 32 43 34。如果我们将其从十六进制解码为 ASCII，我们会得到“2C4”，这实际上是我的车辆 VIN 的前 3 个数字。

您可以使用此在线 VIN 解码器来确认数据是否准确：https ://vpic.nhtsa.dot.gov/decoder/Decoder

为获取 VIN 号码而发送的消息是“7DF#0209020000000000”。7DF 是 CAN 仲裁 ID（您想使用像这样的大数字进行测试，因为较高的数字具有较低的优先级）。“0209020000000000”是数据字段：

• “02”：数据长度
• “09”：服务 ID 9
• “02”：读取 VIN 命令
• “0000000000”被忽略

第一个“02”字节表示只有数据字段上接下来的两个字节是命令的一部分。剩余的“00”字节全部被忽略；

如果您想尝试手动发送其他命令，请参考：https ://en.wikipedia.org/wiki/OBD-II_PIDs

现在您确认 can-utils 工作正常，让我们使用 Python 发送更多命令。首先，确保您安装了 python-can pip 模块：

sudo python3 -m pip install python-can

然后，运行get_vin.py以检索您汽车的 VIN。这是get_vin.py的 Python 代码：

import can

bus = can.interface.Bus(bustype='socketcan', channel='can0', bitrate=500000)

service_int = 9
pid_int = 2
msg = can.Message(arbitration_id=0x7DF, data=[2, service_int, pid_int, 0, 0, 0, 0, 0], is_extended_id=False)
try:
    bus.send(msg)
    response = bus.recv(timeout=2)
    print(response)
except can.CanError:
    print("CAN error")
finally:
    bus.shutdown()

sudo python3 get_vin.py

随意更改“ service_int ”和“ pid_int ”的值并测试OBDII PID 文档中的其他命令。

检索 GPS 数据

要测试您的 GPS 模块，只需运行：

tio /dev/ttyO2 -b 4800

你应该得到一个类似这样的数据流：

root@beaglebone:~# tio /dev/ttyO2 -b 4800
[tio 17:04:53] tio v1.32
[tio 17:04:53] Press ctrl-t q to quit
[tio 17:04:53] Connected
$GPGGA,170454.000,3500.87097,N,10641.14163,W,1,08,1.1,204.3,M,-34.0,M,,0000*69
$GPGSA,A,3,30,07,11,28,01,08,17,13,,,,,2.2,1.1,2.0*33
$GPRMC,170454.000,A,3500.87097,N,10641.14163,W,0.00,171.40,100520,,,A*79
$GPGGA,170455.000,3500.87097,N,10641.14163,W,1,08,1.1,204.3,M,-34.0,M,,0000*68
$GPGSA,A,3,30,07,11,28,01,08,17,13,,,,,2.2,1.1,2.0*33
$GPGSV,3,1,12,30,74,271,37,07,62,163,35,11,51,074,37,28,46,294,18*74
$GPGSV,3,2,12,01,41,120,31,08,30,049,31,17,26,226,27,13,23,302,28*73
$GPGSV,3,3,12,15,04,323,14,23,16,208,,19,03,224,,09,00,189,*77
$GPRMC,170455.000,A,3500.87097,N,10641.14163,W,0.00,171.40,100520,,,A*78
$GPGGA,170456.000,3500.87097,N,10641.14163,W,1,08,1.1,204.3,M,-34.0,M,,0000*6B
$GPGSA,A,3,30,07,11,28,01,08,17,13,,,,,2.2,1.1,2.0*33
$GPRMC,170456.000,A,3500.87097,N,10641.14163,W,0.00,171.40,100520,,,A*7B
[tio 17:04:56] Disconnected

按“ctrl-t q”退出。您的位置将在句子“GPRMC”上可用。例如，复制句子“ $GPRMC, 170454.000, A, 3500.87097, N, 10641.14163, W, 0.00, 171.40, 100520,,, A*79 ”并使用此在线解码器对其进行解码：https ://rl.se/ gprmc

放大地图，看看 GPS 数据有多准确。

现在，让我们使用 Python 做同样的事情。确保您已安装 pyserial 模块：

sudo python3 -m pip install pyserial

然后，运行get_gps_data.py以检索您汽车的位置。这是get_gps_data.py 的 Python 代码：

import time
import serial

gps_data = ""
utf_data = ""
ser = serial.Serial('/dev/ttyO2', 4800)
counter = 0
while utf_data.find("GPRMC") == -1:
    counter += 1
    try:
        ser_data = ser.readline()
        utf_data = ser_data.decode()
    except:
        utf_data = ""
    time.sleep(0.5)
    if counter > 50:
        break
ser.close()
if utf_data.find("GPRMC") != -1:
    utf_data = utf_data.replace('\r', '')
    utf_data = utf_data.replace('\n', '')
    gps_data = utf_data

print(gps_data)

sudo python3 get_gps_data.py

root@beaglebone:~# sudo python3 get_gps_data.py
$GPRMC,173439.000,A,3500.87097,N,10641.14163,W,0.00,348.52,100520,,,A*74

下一步是创建蜂窝 LTE 数据链路，这样即使汽车不在我们的 WiFi 网络范围内，您也可以访问 GPS 和 CAN 数据。

将 ChupaCarBrah 连接到蜂窝网络

在本教程中，我使用 USB Hologram.io蜂窝调制解调器。随意使用其他选项。我将使用 PPP 连接，因此 Python 客户端可以将数据发送到在 AWS 上运行的服务器应用程序。确保已安装 ppp，然后安装 hologram-python：

sudo apt-get install ppp

sudo python3 -m pip install hologram-python

您还需要订阅数据计划并激活您的 SIM 卡。请参阅官方全息图文档以准备好您的卡。

激活您的卡后，确保您的蓝色 LED 指示灯亮起，并且调制解调器上的红色 LED 指示灯闪烁。

然后，要连接和断开与蜂窝网络的连接，请运行：

sudo hologram network connect

sudo hologram network disconnect

为了测试 Internet 连接，您可以使用单个 ICMP 请求 ping Google：

ping -c 1 www.google.com

如果您收到回复，则表示 ChupaCarBrah 已连接到蜂窝网络，并且它应该能够在您在 LTE 覆盖范围内驾驶的任何地方（几乎在美国的任何地方）泄露汽车数据。

现在，让我们看看如何使用 Python 连接和断开 Hologram 蜂窝网络。运行cellular_test.py脚本来检查您的 LTE 数据与互联网的连接。这是示例脚本cellular_test.py 的 Python 代码：

import psutil
import time
import subprocess
from Hologram.CustomCloud import CustomCloud


def hologram_network_connect():
    hologram_network_disconnect()
    time.sleep(2)
    cloud = CustomCloud(None, network='cellular')
    cloud.network.disable_at_sockets_mode()
    res = cloud.network.connect()
    message = ""
    if res:
        message = "PPP session started"
    else:
        message = "Failed to start PPP"

    print(message)


def hologram_network_disconnect():
    print('Checking for existing PPP sessions')
    for proc in psutil.process_iter():

        try:
            pinfo = proc.as_dict(attrs=['pid', 'name'])
        except:
            print("Failed to check for existing PPP sessions")

        if 'pppd' in pinfo['name']:
            print('Found existing PPP session on pid: %s' % pinfo['pid'])
            print('Killing pid %s now' % pinfo['pid'])
            process = psutil.Process(pinfo['pid'])
            process.terminate()
            process.wait()


hologram_network_connect()
time.sleep(2)

ping_response = subprocess.Popen(["/bin/ping", "-c1", "-w100", "www.google.com"], stdout=subprocess.PIPE).stdout.read()
print(ping_response.decode())

time.sleep(2)
hologram_network_disconnect()

sudo python3 cellular_test.py

root@beaglebone:~# sudo python3 cellular_test.py
Checking for existing PPP sessions
PPP session started
PING www.google.com (216.58.201.228) 56(84) bytes of data.
64 bytes from par10s33-in-f4.1e100.net (216.58.201.228): icmp_seq=1 ttl=49 time=420 ms
--- www.google.com ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
rtt min/avg/max/mdev = 420.049/420.049/420.049/0.000 ms
Checking for existing PPP sessions
Found existing PPP session on pid: 1559
Killing pid 1559 now

现在您知道如何使用 Python 发送和接收 CAN 消息了；获取 GPS 位置；并连接到蜂窝网络；让我们把它们放在一起，创建一个简单的客户端和服务器应用程序来泄露所有数据。

ChupaCarBrah Python 应用程序

我给你带来了两个非常简单的 Python 脚本，它们可以作为一个框架来构建更复杂的汽车黑客应用程序。客户端脚本基本上是我迄今为止介绍的所有示例 Python 脚本的组合。它将在 BeagleBone Blue 上运行。服务器脚本是一个简单的 Flask 应用程序，它将在 AWS（Elastic Beanstalk）上运行，并将使用 JSON 格式存储和显示所有泄露的数据。

客户端脚本 - chupacarbrah.py

chupacarbrah.py客户端脚本可以在这里找到。使用以下 git 命令将其克隆到您的 BeagleBone：

git clone https://github.com/blupants/chupacarbrah.git

cd chupacarbrah

客户端脚本从由变量“ obd2_csv_file ”定义的 csv 文件中读取要执行的 OBDII PID 命令列表。然后它解析命令以创建 CAN 消息。csv 文件格式包括一个“启用”列，允许您启用（设置为 1）或禁用（设置为零）您要执行的特定 OBDII PID。默认情况下，脚本使用simple.csv文件和以下命令子集：

• 发动机冷却液温度
• 发动机转速
• 车速
• 进气温度

文件obd2_std_PIDs_enabled.csv包含要启用/禁用的所有可用 OBDII PID 命令。请确保您了解这些命令的作用，并在启用额外命令之前知道您在做什么。

chupacarbrah.py 客户端脚本将使用 csv 文件中的 OBDII PID 公式解码所有响应，并将数据与 GPS 坐标一起发布到 AWS 上的 Flask 应用程序。确保在变量“ server_url ”上定义服务器 URL 。我们将很快介绍如何将服务器脚本部署到 AWS 以及如何获取服务器 URL。

正确配置客户端应用程序后，您可以运行它：

sudo python3 chupacarbrah.py

它将显示从 CAN 响应消息中解码的当前数据，并每 1 分钟将所有内容发送到服务器。

要停止客户端并正常退出，请运行：

sudo touch /tmp/stop

现在，让我们设置服务器脚本来接收泄露的数据。

服务器脚本 - chupacarbrah_server.py

chupacarbrah_server.py脚本可以在这里找到。它将公开两个端点，以便您可以发送和获取泄露的数据：

发布 /api/v1/汽车

获取 /api/v1/状态

客户端脚本将使用“POST /api/v1/cars”端点提交所有数据。然后，您可以在家中舒适地使用“GET /api/v1/status”从 Web 浏览器监控 JSON 数据。

让我们设置一个简单的本地 Flask 应用程序并在这两个端点上运行一些快速测试。在本教程的后面，我将展示如何将这个相同的本地应用程序部署到 AWS。

在您的本地 PC 上，而不是 BeagleBone，创建一个项目目录：

~$ mkdir eb-flask

~$ cd eb-flask

创建并激活一个名为“virt”的虚拟环境：

~/eb-flask$ virtualenv virt

~$ source virt/bin/activate

(virt) ~/eb-flask$

使用 pip install 安装烧瓶：

(virt)~/eb-flask$ pip install flask==1.0.2

使用 pip freeze 查看已安装的库：

(virt) sacchetin@Sacchetins-MacBook-Air eb-flask % pip freeze
aniso8601==8.0.0
click==7.1.2
Flask==1.0.2
Flask-RESTful==0.3.8
itsdangerous==1.1.0
Jinja2==2.11.2
MarkupSafe==1.1.1
pytz==2020.1
six==1.14.0
Werkzeug==1.0.1
(virt) sacchetin@Sacchetins-MacBook-Air eb-flask %

将 pip freeze 的输出保存到名为 requirements.txt 的文件中。

(virt)~/eb-flask$ pip freeze > requirements.txt

将chupacarbrah_server.py下载到您的eb-flask文件夹并将其重命名为application.py：

curl "https://raw.githubusercontent.com/blupants/chupacarbrah_server/master/chupacarbrah_server.py" -o application.py

在本地运行应用程序进行测试：

(virt) sacchetin@Sacchetins-MacBook-Air eb-flask % python3 application.py
* Serving Flask app "application" (lazy loading)
* Environment: production
WARNING: Do not use the development server in a production environment.
Use a production WSGI server instead.
* Debug mode: off
* Running on http://127.0.0.1:5000/ (Press CTRL+C to quit)

发送一些虚拟数据以确保一切正常。打开一个新终端并使用 curl 发送一些数据：

curl --header "Content-Type: application/json" \
--request POST \
--data '{"car_uuid":"51f317ec266e4adb956212201f87ba52", "VIN": "2C4", "maker": "Generic", "log":{"timestamp":"20200501120000","GPS":"00"}}' \
"http://localhost:5000/api/v1/cars"

本地服务器将回复 car_uuid，在本例中为：“51f317ec266e4adb956212201f87ba52”。打开浏览器，最好是 Firefox，因为它原生解析 JSON，然后访问http://localhost:5000/api/v1/status

如果您能够看到刚刚使用 curl 发布的虚拟数据，则意味着您的 Flask 应用程序已准备好部署到 AWS。

将 ChupaCarBrah 服务器应用程序部署到 AWS

首先，您需要在 AWS 上创建一个帐户并在您的计算机上安装 AWS 客户端。请在此处创建您的 AWS 账户。部署应用程序所描述的步骤基于此处的官方AWS 文档。

确保您能够登录 AWS 控制台。然后，安装 AWS 客户端：

python3 -m pip install awscli

python3 -m pip install awsebcli

使用 eb init 命令初始化您的 EB CLI 存储库：

~/eb-flask$ eb init -p python-3.6 flask-chupacarbrah --region us-east-2

可选，但强烈建议：再次运行 eb init 以配置默认密钥对，以便您可以使用 SSH 连接到运行您的应用程序的 EC2 实例：

~/eb-flask$ eb init

Do you want to set up SSH for your instances? (y/n): ySelect a keypair. 1) my-keypair 2) [ Create new KeyPair ]

创建一个环境并使用 eb create 将您的应用程序部署到其中：

~/eb-flask$ eb create chupacarbrah-env

环境创建大约需要 5 分钟。环境创建过程完成后，使用 eb open 打开您的网站：

~/eb-flask$ eb open

它将打开一个网络浏览器并自动加载新服务的 URL。复制 URL，返回到您的 BeagleBone，编辑客户端脚本 chupacarbrah.py 并将变量“ server_url ”更改为您的 AWS 应用程序的实际 URL。使用我的部署示例，“ server_url ”的值应设置为：

global server_url
server_url = "http://chupacarbrah-env.eba-bdahj3wp.us-east-2.elasticbeanstalk.com/"

您的 URL 会有所不同，但格式应该相似。在 BeagleBone 上重新启动 chupacarbrah.py，从现在开始，它将开始向 AWS 发送数据。

您也可以将一些虚拟数据发送到您的 AWS 应用程序以进行测试。通过将 localhost:5000 替换为您设置变量“ server_url ”的相同值来重复“POST /api/v1/cars” curl 请求。例如：

curl --header "Content-Type: application/json" \
--request POST \
--data '{"car_uuid":"51f317ec266e4adb956212201f87ba52", "VIN": "2C4", "maker": "Generic", "log":{"timestamp":"20200501120000","GPS":"00"}}' \
"http://chupacarbrah-env.eba-bdahj3wp.us-east-2.elasticbeanstalk.com/api/v1/cars"

打开 Firefox 浏览器并再次访问http://chupacarbrah-env.eba-bdahj3wp.us-east-2.elasticbeanstalk.com/ 。您应该会看到您发送的所有虚拟数据以及从 ChupaCarBrah 设备中提取的所有数据。

用你的新 ChupaCarBrah 设备破解汽车

我目前正在撰写一系列关于汽车黑客攻击的网络安全文章。请继续关注我的Medium 页面，了解更多关于您今天刚刚构建的 ChupaCarBrah 设备可以做的所有事情。