Статья Тамагочи для хакеров. Flipper Zero. Дельфин с друзьями. Часть 4

Продолжаем серию материалов, посвященных Flipper Zero — универсальному инструменту для исследователей, энтузиастов и любителей технологий. В предыдущих статьях мы разбирали Infrared (ИК-порт), iButton, основы прошивок и Bluetooth-возможности. Если вы пропустили прошлые части, ознакомиться с ними можно здесь:

• Тамагочи для хакеров. Flipper Zero. Покупка и выбор прошивки. Часть 1.
• Тамагочи для хакеров. Flipper Zero. Обзор того, что и так видно. Часть 2.
• Тамагочи для хакеров. Flipper Zero. Дельфин с "синими зубами". Часть 3.

Сегодня мы углубимся в одну из самых мощных и гибких функций Flipper Zero — GPIO (General Purpose Input/Output). Эти контакты открывают двери в мир электроники, позволяя подключать датчики, управлять внешними устройствами, эмулировать протоколы и создавать собственные проекты на базе Flipper.
Стандартная прошивка предлагает базовые возможности работы с GPIO, но с кастомными прошивками, такими как Xtreme или Unleashed, функционал расширяется: появляются дополнительные режимы работы, поддержка сложных протоколов и удобные инструменты для отладки.

В этой статье мы разберем:

• Основные характеристики GPIO — напряжение, ток, режимы работы.
• Как начать работу — подключение, настройка и первые эксперименты.
• Описание каждого пина — для чего нужен и что можно подключить.
• Практические примеры — от мигания светодиодом до создания WiFi Deauther на ESP8266.

P.S. Не забывайте о безопасности: неправильное подключение GPIO может повредить устройство. Всегда проверяйте схемы и параметры компонентов перед подключением.

1. Основные характеристики GPIO на Flipper Zero​

Flipper Zero оснащен контактами GPIO, которые можно использовать для множества задач:

• Количество контактов: 18 пинов, включая питание и заземление.
• Напряжение питания: 3.3 В (есть возможность ограниченного использования 5 В через внешний преобразователь)
• Ток нагрузки: до 50 мА на пин. Это означает, что каждый пин может безопасно передавать или получать ток до 50 мА, что соответствует мощности, необходимой для управления небольшими устройствами, такими как светодиоды или реле. При превышении этого лимита возможно повреждение как самого пина, так и устройства в целом. Для более требовательных компонентов рекомендуется использовать внешние усилители или транзисторы.
• Режимы работы:
  • Ввод (Input): Используется для считывания данных с внешних устройств, например, кнопок или датчиков.
  • Вывод (Output): Передаёт сигналы к подключённым устройствам, таким как светодиоды или реле.
  • Аналоговый режим (PWM): Генерирует сигнал с изменяемой шириной импульса, например, для управления яркостью светодиодов или скоростью двигателей.
  • Подтягивающие резисторы: Активируют внутренние резисторы для предотвращения дребезга контактов или “плавающего” состояния пинов.

Плавающее состояние пина возникает, когда GPIO-пин настроен как вход, но не подключён к определённому уровню напряжения (логическому “0” или “1”). В этом случае он становится “подвешенным” и может воспринимать случайные сигналы или шум, что приводит к непредсказуемому поведению.
Использование подтягивающих резисторов позволяет стабилизировать пин, притягивая его к фиксированному уровню (обычно к питанию или заземлению), чтобы избежать таких проблем.

GPIO Flipper Zero поддерживает основные цифровые и аналоговые протоколы передачи данных, такие как UART, I2C и SPI, что значительно расширяет его функциональные возможности.

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) - протокол последовательной передачи данных между устройствами, использующий два провода (RX для приёма и TX для передачи) для асинхронной коммуникации. В контексте Flipper Zero используется для связи с компьютером и программирования устройства.

I2C и SPI - это стандартные протоколы последовательной передачи данных между электронными компонентами. I2C (Inter-Integrated Circuit) использует две линии для связи, а SPI (Serial Peripheral Interface) - четыре, оба протокола широко применяются в электронике для подключения датчиков и других периферийных устройств.

2. Как начать работу с GPIO​

Чтобы начать работу с GPIO на Flipper Zero, выполните следующие шаги:

1. Подготовка контактов:
   На корпусе Flipper Zero есть разъем GPIO с пометками пинов. Для подключения внешних устройств к GPIO лучше всего использовать:
   • Dupont-провода: Стандартные провода с разъёмами “мама-мама”, “мама-папа” или “папа-папа”.
   • Адаптеры или макетные платы: Удобны для временных подключений и экспериментов.
   • Силовые кабели: Если требуется питание для внешнего устройства, используйте провода с соответствующим сечением для допустимой силы тока.
2. Установка прошивки:
   Обновите прошивку Flipper Zero до последней версии, поддерживающей работу с GPIO. Для продвинутых функций (например, аналоговый ввод) рекомендуется использовать кастомные прошивки, такие как Xtreme или Unleashed. Подробнее про прошивки можно прочитать здесь - Тамагочи для хакеров. Flipper Zero. Покупка и выбор прошивки. Часть 1.
3. Использование интерфейса:
   Откройте приложение "GPIO" на Flipper Zero. Здесь можно настроить режимы работы пинов (Input/Output), уровень сигнала и протоколы передачи данных.
4. Подключение к компьютеру:
   Для более сложных задач используйте UART или USB для взаимодействия с ПК. Это позволит программировать и настраивать GPIO с помощью сторонних приложений. Для подключения Flipper Zero к компьютеру через UART или USB можно использовать следующий пример программы на языке C для простого обмена данными:

#include <stdio.h>
#include <uart.h>
void setup() {
uart_init();  // Инициализация UART
uart_set_baudrate(115200);  // Установка скорости передачи данных
}
void loop() {
char data[] = "Hello from Flipper!";
uart_send(data);  // Отправка данных по UART
delay(1000);  // Задержка 1 секунда
}

Этот код инициализирует UART, устанавливает скорость 115200 бод и отправляет строку “Hello from Flipper!” каждую секунду.

3. Описание каждого пина GPIO​

GHD (General Hardware Debug)	Используется для отладки аппаратных систем. Предназначен для подключения внешних отладчиков или программирования микроконтроллеров.
1W (1-Wire)	Специализированный пин для работы с устройствами, поддерживающими протокол 1-Wire. Обычно используется для подключения датчиков температуры или идентификаторов iButton.
C0, C1	Цифровые пины общего назначения. Могут использоваться для ввода или вывода сигналов. Подходят для подключения кнопок, светодиодов и других компонентов.
RX, TX	Пины для работы с UART: RX (Receive): Прием данных. TX (Transmit): Передача данных. Используются для коммуникации с внешними устройствами, такими как компьютеры, микроконтроллеры или модули связи.
SIO (Serial Input/Output)	Универсальный пин для последовательной передачи данных. Может работать с различными протоколами.
GND (Ground)	Заземляющий пин. Обязателен для замыкания цепи и корректной работы подключенных устройств.
SWC (Software Configurable)	Этот пин может быть настроен на выполнение различных задач через программное обеспечение. Обычно используется в нестандартных конфигурациях.
3V3	Питание 3.3 В. Используется для питания подключаемых модулей или датчиков, которые работают на этом напряжении.
C3, B2, B3, A4, A6, A7	Пины общего назначения с поддержкой дополнительных функций. Вот их основные возможности: C3, B2: Аналоговые входы. Могут использоваться для считывания напряжений. B3: Цифровой ввод/вывод с поддержкой PWM. A4, A6, A7: Поддерживают работу с I2C, SPI и другими протоколами связи.
5V	Питание 5 В. Используется для питания устройств, которые требуют более высокого напряжения, чем 3.3 В. Следует использовать с осторожностью, чтобы избежать повреждения.

4. Примеры использования GPIO​

1. Управление LED:
   Подключите светодиод к GPIO и настройте его на вывод. Используя встроенный интерфейс, можно заставить светодиод мигать с заданной частотой. Например, с помощью PWM можно регулировать яркость.
   

   PWM (Широтно-импульсная модуляция) - метод управления мощностью путем быстрого переключения сигнала между включенным и выключенным состоянием с разной длительностью импульсов, что позволяет, например, плавно регулировать яркость светодиода

2. Чтение с кнопок:
   Подключите механическую кнопку и настройте GPIO на ввод. Flipper Zero может определять нажатия и использовать их для выполнения различных действий.
3. Датчики и сенсоры:
   Подключите датчики температуры, влажности или освещенности, которые используют I2C или SPI интерфейсы. Flipper Zero может считывать данные с таких устройств и отображать их в реальном времени.
4. Управление сервоприводами:
   Благодаря поддержке PWM, Flipper Zero можно использовать для управления сервоприводами. Это открывает возможности для создания роботизированных систем или DIY-проектов.
5. Интеграция с IoT:
   Подключение Flipper Zero к внешнему микроконтроллеру (например, Arduino или ESP8266) позволяет создавать устройства "умного дома" или системы мониторинга.

5. Советы и рекомендации​

• Защита устройства: При работе с внешними устройствами используйте ограничительные резисторы и проверяйте параметры питания, чтобы избежать повреждения GPIO.
• Документация: Перед подключением убедитесь, что изучили документацию как Flipper Zero, так и подключаемого устройства.
• Программирование: Используйте Python или другие языки для написания скриптов, взаимодействующих с GPIO через UART или USB.

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) - универсальный асинхронный приёмопередатчик, протокол последовательной передачи данных между устройствами. В контексте Flipper Zero используется для связи с компьютером или другими устройствами через специальные пины RX (приём) и TX (передача).

• Эмуляция протоколов: Flipper Zero может эмулировать простые периферийные устройства, такие как клавиатуры или мыши, через GPIO.

6. Практическое применение GPIO​

Возможности GPIO в Flipper Zero делают его незаменимым помощником для исследователей и энтузиастов. Вы можете использовать его для создания:

• Bluetooth Jammer’a с использованием модуля nRF24
• Marauder платы с использованием ESP32
• GPS отслеживаение с использованием NMEA 0183

6.1 Flipper + ESP8266 WiFi Deauther​

В качестве практики рассмотрим подключение платы ESP8266 к нашему Flipper’у с целью разблокирвки функции WiFi Deauther.

WiFi Deauther - инструмент для тестирования безопасности WiFi-сетей, который позволяет отправлять деаутентификационные пакеты для отключения устройств от беспроводных сетей. При интеграции с Flipper Zero через ESP8266 расширяет возможности устройства для анализа WiFi-инфраструктуры.

Для реализации данного проекта вам понадобится

• Flipper Zero с прошивкой Unleashed
• ESP8266
• Дупонт-провода (8 проводов типа «папа-мама» и 1 провод типа «папа-папа»)
• Ноутбук

6.1.1 Установка требуемых утилит и настройка прошивки платы​

Для начала установим программу для загрузки прошивки на саму плату - NodeMCU PyFlasher из github’a GitHub - marcelstoer/nodemcu-pyflasher: Self-contained NodeMCU flasher with GUI based on esptool.py and wxPython. Для установки нам достаточно скачать приложение с гитхаба и запустить его.

Далее подключим плату к нашему устройству и скачаем прошивку

Ссылка скрыта от гостей

Далее зайдем в программу NodeMCU PyFlasher и выберем в качестве файла прошивки ранее загруженный файл, а так же установим следующие параметры

• Baud Rate: 115200 (Эта скорость используется как стандарт для загрузки прошивок, обеспечивая баланс между стабильностью и быстродействием)
• Flash mode: DOUT

DOUT (Direct OUT) - режим прошивки микроконтроллера ESP8266, который используется для непосредственной записи прошивки во флеш-память устройства. Это один из стандартных параметров при прошивке ESP8266 через NodeMCU PyFlasher.

После записи прошивки на плату, вы должны увидеть надпись, что прошивка успешно загружена

После этого мы можем отключать плату от устройства и переходить к подсоединению. Для этого нам понадобятся 9 проводов, которые мы подключаем в соответсвии с этой схемой

В случае, если у вас плата Mini формфактора - то вы можете воспользоваться данной схемой

6.1.2 Инструкция по запуску Deuther​

После подключения всех проводов в соответсвии со схемой мы можем перейти в меню флиппера и перейти в “Apps”

Внутри “Apps” переходим в деррикторию GPIO/ESP, в ней должны находиться предзагруженные функции для работы с GPIO (данные функции устанавливают совместно с прошивкой Unleashed) для плат типа ESP

После этого выбираем функцию, которая соответсвует нашей прошивке, в нашем случае это [ESP8266] WiFi Deauther

После выбора данной функции у вас должна начаться инициализация платы. В случае если загрузка идет очень долго (больше 30 секунд) вы можете нажать кнопку RST, которая находится на самой плате.

После успешной инициализации нашей платы мы увидим главное меню с функциями сканирования, выбора определенной сети, атаки и мониторинга пакетов

6.1.3 Сканирование целей​

Для начала нам нужно просканировать все доступные точки WiFi - для этого перейдем в SCAN и выберем пункт Scan APS

6.1.4 Выбор цели​

После завершения сканирования мы можем выбрать цель для атаки и перейти в пункт Атака

6.1.5 Атакуем​

В пункте атака, мы вибраем один из трех пунктов

1. Deauth (деаутентификация): Прерывает соединение устройств с точкой доступа, отправляя поддельные кадры “deauthentication”. Это вызывает временную потерю соединения.
2. Beacon (маяковая подделка): Создаёт множество фальшивых точек доступа с произвольными именами (SSID), перегружая сеть и вводя в заблуждение пользователей.
3. Probe (сканирование запросов): Отслеживает устройства, ищущие определённые точки доступа, и использует их запросы для генерации фальшивых сигналов.

Предупреждение​

Вся информация, представленная в данной статье, предназначена исключительно для образовательных целей. Используйте её для изучения принципов работы сетевых технологий и тестирования безопасности в рамках законных и этических норм. Не используйте описанные методы для нарушения законов или вмешательства в чужие устройства и сети без разрешения.