FACT：一款固件类比分析测试平台

0×01 工具 简介

1.FACT 全称 Firmware Analysis and Comparison Tool 是一个拥有WEB端的自动化固件测试平台。

2.旨在自动执行固件安全分析（路由器，物联网，UEFI，网络摄像头，无人驾驶飞机……）

3.工具基于Python-flask框架，采用模块化开发并支持插件接入，因此对于二次开发和优化非常便捷。

4.FACT可以自动化完成固件解包任务并对其进行固件分析包括：

软件识别

（1）使用哪个操作系统？

（2）哪些节目存在？

（3）使用哪些版本？

（4）哪些服务在启动时启动

（5）这些漏洞有哪些？

查找用户凭据

加密材料检测

（1）私人钥匙

（2）证书

（3）CPU架构（需要进行仿真和反汇编）

5.FACT 同样也自动化的实现了固件的类比，可以很方便的对比出来旧版本与新版本固件之间的变动。以找出开发商对新固件在哪里进行了更新，同样也可以识别是否为开发商原始固件。比如：

（1）识别已更改/相同的文件

（2）识别更改的软件版本

0×02 主要功能分析

1.FACT的业务代码主要有三块

Unpacking – 固件解包

Analysis – 固件系统分析

Comparison – 固件类比

2.每一块业务代码又由一下两部分组成：

（1）Scheduler – 任务调度器

（2）Multiple plugins – 插件集

3.每个调度器拥有独立的工作线程

总流程图

固件解包工作流程图

FACT在识别文件类型的时候会调用”file”命令，并使用自带的一个mime库来标记文件类型。

在确定文件类型后调度器会选择正确的插件进行解包任务。

固件系统分析工作流程图

调度器一次只会调用一个插件，当上一个插件任务结束后才会继续调用下一个插件。

插件工作时可以拥有多个线程一起进行。

插件可以调用以及查看前面插件执行后的二进制结果。

固件系统类比工作流程图

固件系统类比任务是与固件分析任务分开的，需要进行类比的固件要先进行固件分析。

需要手工填入需要进行类比的固件UIDS。

类比工作是单线程工作，相对节省系统资源。

0×03 具体代码分析

FACT 的配置文件位于./src/config/main.cfg

# ------ 数据库配置 ------

[data_storage]

firmware_file_storage_directory = /media/data/fact_fw_data

mongo_server = localhost

mongo_port = 27018

main_database = fact_main

intercom_database_prefix = fact_intercom

statistic_database = fact_stats

view_storage = fact_views

# Threshold for extraction of analysis results into a file instead of DB storage

report_threshold = 100000

# 认证信息

db_admin_user = fact_admin

db_admin_pw = 6fJEb5LkV2hRtWq0

db_readonly_user = fact_readonly

db_readonly_pw = RFaoFSr8b6BMSbzt

# 用户管理

user_database  = sqlite:////media/data/fact_auth_data/fact_users.db

password_salt = 5up3r5tr0n6_p455w0rd_5417

# 数据库结构信息

variety_path = bin/variety.js

structural_threshold = 40

[Logging]

logFile=/tmp/fact_main.log

mongoDbLogFile=/tmp/fact_mongo.log

logLevel=WARNING

# ------ 解包插件配置管理 ------

[unpack]

threads = 4

# 如果文件类型在白名单中，将不会被提取

whitelist = audio/mpeg, image/png, image/jpeg, image/gif, application/x-shockwave-flash, video/mp4, video/mpeg, video/quicktime, video/x-msvideo, video/ogg, text/plain

# 递归提取深度

max_depth = 8

# ------ 分析插件配置管理 ------

[default_plugins]

# choose preselected plugins

plugins = cpu_architecture, crypto_material, exploit_mitigations, ip_and_uri_finder, software_components, users_and_passwords

# -- 插件设置项 --

[asc]

threads = 4

[base64_decoder]

string_min_length = 15

# It might be useful to set base64_section_min_length = string_min_length / 3 * 4

base64_section_min_length = 20

[binary_analysis]

threads = 4

[binwalk]

threads = 2

[check_path]

threads = 4

[cpu_architecture]

threads = 2

mime_ignore = application/pdf, application/postscript, application/xml, application/xhtml+xml, application/x-dvi, image/gif, image/jpeg, image/png, text/comma-separated-values, text/css, text/html, text/plain, text/javascript, text/xml, video/mpeg,  video/x-msvideo, application/x-httpd-php, application/msword

[crypto_code]

threads = 2

[crypto_material]

threads = 2

[cwe_checker]

threads = 4

[exploit_mitigations]

threads = 4

[file_hashes]

threads = 2

hashes = md5, sha1, sha256, sha512, ripemd160, whirlpool

[init_systems]

threads = 2

[ip_and_uri_finder]

threads = 2

[malware_scanner]

threads = 4

[manufacturer_detection]

threads = 2

[printable_strings]

threads = 2

min_length = 6

[similar_files]

threads = 4

[software_components]

threads = 2

[string_evaluator]

threads = 2

[software_version_string_finder]

threads = 2

[users_and_passwords]

threads = 4

# ------ Web Interface ------

[database]

results_per_page = 10

number_of_latest_firmwares_to_display = 10

# !!!!=如果你不知道这些是干啥的，就不要瞎改!!!!（作者原话）

[ExpertSettings]

block_delay = 2

ssdeep_ignore = 1

communication_timeout = 60

unpack_threshold = 0.8

unpack_throttle_limit = 50

throw_exceptions = false

authentication = false 

由于FACT三块业务功能代码结构类似，这里以Unpack 功能为例，详细的讲解代码逻辑。

Unpack_service 被归置为backend_service 任务通过./start_fact_backend.py启动。

if __name__ == '__main__':'''同理其他的backend_service也是从这里启动

    args, config = program_setup(PROGRAM_NAME, PROGRAM_DESCRIPTION)

    unpacking_service = UnpackingScheduler(config=config, post_unpack=analysis_service.add_task, analysis_workload=analysis_service.get_scheduled_workload)

    intercom = InterComBackEndBinding(config=config, analysis_service=analysis_service, compare_service=compare_service, unpacking_service=unpacking_service)

    work_load_stat = WorkLoadStatistic(config=config)

./src/scheduler/Unpacking.py将负责创建并调度解包任务

 def start_unpack_workers(self):

        logging.debug('Starting {} working threads'.format(int(self.config['unpack']['threads'])))

        for process_index in range(int(self.config['unpack']['threads'])):

            self._start_single_worker(process_index)

    def unpack_worker(self, worker_id):

        unpacker = Unpacker(self.config, worker_id=worker_id) '''这里调用的Unpacker是具体的解包任务执行函数

        while self.stop_condition.value == 0:

            with suppress(Empty):

                fo = self.in_queue.get(timeout=int(self.config['ExpertSettings']['block_delay']))

                extracted_objects = unpacker.unpack(fo)

                logging.debug('[worker {}] unpacking of {} complete: {} files extracted'.format(worker_id, fo.get_uid(), len(extracted_objects)))

                self.post_unpack(fo)

                self.schedule_extracted_files(extracted_objects)

./src./unpacker/unpack.py 负责执行具体的解包任务

class Unpacker(UnpackBase):

    GENERIC_FS_FALLBACK_CANDIDATES = ['SquashFS']

    GENERIC_CARVER_FALLBACK_BLACKLIST = ['generic_carver', 'NOP', 'PaTool']

    VALID_COMPRESSED_FILE_TYPES = ['application/x-shockwave-flash', 'audio/mpeg', 'audio/ogg', 'image/png', 'image/jpeg', 'image/gif', 'video/mp4', 'video/ogg']

    HEADER_OVERHEAD = 256

    def __init__(self, config=None, worker_id=None):

        super().__init__(config=config, worker_id=worker_id)

        self.file_storage_system = FS_Organizer(config=self.config)

    def unpack(self, current_fo):

        '''

        递归提取到的所有对象都将包含在 current_fo 里，并将它们添加进 current_fo.files_included

        '''

        logging.debug('[worker {}] Extracting {}: Depth: {}'.format(self.worker_id, current_fo.get_uid(), current_fo.depth))

        tmp_dir = TemporaryDirectory(prefix='faf_unpack_')

        extracted_files, meta_data = self.extract_files_from_file(current_fo.file_path, tmp_dir.name, current_fo.depth)

        extracted_files, meta_data = self._do_fallback_if_necessary(extracted_files, meta_data, tmp_dir, current_fo)

        extracted_file_objects = self.generate_and_store_file_objects(extracted_files, tmp_dir.name, current_fo)

        extracted_file_objects = self.remove_duplicates(extracted_file_objects, current_fo)

        self.add_included_files_to_object(extracted_file_objects, current_fo)

        self.add_additional_unpacking_meta(current_fo, meta_data)

        self.get_unpack_status(current_fo, extracted_file_objects)

        self.cleanup(tmp_dir)

        return extracted_file_objects

0×04 目录结构分析

FACT_CORE-MASTER/SRC

├─analysis '' 固件分析任务脚本

├─bootstrap

│  └─patches

├─compare ''固件类比任务脚本

├─config ''配置信息

├─helperFunctions '' 辅助任务函数

├─intercom ''数据交互定义

├─mime '' 文件类型的mime资源

├─objects '' 目标类型定义脚本

├─plugins '' 插件集合

│  ├─analysis

│  │  ├─architecture_detection

│  │     ├─code

│  │     ├─test

│  │     │  └─data

│  │     └─view

│  ├─compare

│  │

│  └─unpacking

│     

├─scheduler '' 调度器脚本

├─statistic '' 任务统计

├─storage '' 数据交互存储接口

├─test 

├─unpacker '' 固件解包任务脚本

└─web_interface '' WEB端

   

0×05 安装以及使用

1.FACT的安装非常简洁，参考FACT的github 你可以很方便的安装好一个FACT平台

2. 建议使用清华源进行安装，因为国内源我测试只有清华源可以畅通无阻。。。

3.安装时建议添加 -N 参数 可以一并把nginx安装

4.WEB端原版为全英文，汉化了一下，舒服多了。。。

0×06 后记

1.平台运行需要一定的硬件配置，资源需求比较大

2.代码结构严谨，逻辑清晰，核心功能工作流程设计非常nice，调度器与插件集的实用为二次开发提供了很大的便利

3.WEB安全性低，不建议作为公开服务运营

4.添加了一个自动化提取固件内部web路径并审计的插件，官方还没有回信

参考资料

1. FACT

2. Flask

3. Firmadyne

4. binwalk

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