Homebridge 전기매트 플러그인 제작, 블루투스 패킷 분석 - 1

[IoT 🏠/Homebridge] - Homebridge 전기매트 플러그인 제작, 블루투스 패킷 분석 - 1

[IoT 🏠/Homebridge] - [JS] Homebridge 전기매트 플러그인 제작, 플러그인 구현 - 2

 

이번 프로젝트는 블루투스 학습의 목적으로,

통신 중인 패킷을 스니핑해 분석하는 리버스 엔지니어링을 시도해보려고 한다.

따라서 전체 코드는 공개하지 않고, 과정의 일부만 공유를 하겠다.

 

프로젝트의 최종 목표는, 구형 전기매트를 리눅스 서버와 블루투스 통신을 시켜

Homebridge 서버에서 제어 할 수 있게 만들 것이다.

 

그러기 위해서는 실제로 어떤 패킷으로 전기매트를 제어하는지 로그를 추출해내야 한다.

여러 방법이 있지만 Android 폰의 블루투스 HCI 스눕 기록을 이용 할 것이다.

 

 

블루투스

 

작업에 앞서 블루투스에 대한 간단한 설명을 하고 넘어가겠다.

아래 그림은 블루투스 프로토콜의 구조이다.

https://ieeexplore.ieee.org/document/9301323

 

그중 이번 개발에서 쓰일 레이어와 역할을 간단히 표로 정리해보았다.

Layer	역할	플러그인에서의 역할
GAP	다른 장치를 발견 및 연결 설정	전기매트 호출 및 탐색, 무선 링크 설정
GATT	실제 데이터 구조화, 접근 방법 정의	연결 및 제어 특성(UUID) 호출 (실제 패킷 구조화)
SMP	BLE 통신의 암호화 알고리즘 및 절차 정의	-
ATT	GATT의 데이터를 읽고, 쓰고, 알림을 받는 통신 절차 및 형식을 정의	특성(UUID)에 고유번호 할당, 전기매트 현재 상태 notification 수신
L2CAP	GATT의 데이터를 받아 패킷의 크기 조정 및 논리적 채널 제공	-
LL	장치간의 링크를 설정하고 유지	Homebridge 서버와 전기매트 간의 connect
PHY	실제 데이터를 무선 신호로 변환하여 전송하는 레이어	-

 

 

통신 프로토콜 찾기

 

이제 본격적으로 들어가서,

내가 제어할 연결, 온도, 타이머의 패킷 전송시 사용되는 특성을 찾아야 한다.

nRF Connect 앱을 이용하여 제어용 특성(UUID)을 알 수 있었다.

 

또 플러그인 제작시 디바이스를 직접 지정해 줄 것이므로

기기의 MAC 주소도 따로 메모해두었다.

 

 

블루투스 HCI 스누프

 

이제 제어용 UUID에 어떤 패킷이 담겨져 제어를 하는지 알아봐야 한다.

 

Android 기기의 개발자 모드를 켜고, 블루투스 HCI 스누프 로그 사용

실제 매트와 연결하여 온도 조절도 전부 시도하고, 타이머 조절도 시도 해보며

블루투스로 패킷을 주고받는 기록을 남겨주었다.

 

그후, 버그 리포트(전체) 전송으로 로그를 남기고,

압축된 리포트 파일 안의 bluetooth 폴더에서 찾을 수 있었다. (기기마다 상이)

 

그렇게 받아온 로그는 PC에서 Wireshark 프로그램으로 분석을 할 수 있다.

https://www.wireshark.org/download.html

Wireshark • Go Deep | Download

 

프로그램을 돌려보니, 그 짧은 시간에 로그가 3천여개 씩이나 찍혔다.

로그들을 쭉 보면서 실제 전기매트와 통신한 로그를 찾아서 분석을 시작했다.

온도 제어나, 타이머 제어로 의심되는 패킷들을 싹 다 메모를 해 두었다.

 

 

패킷 분석

 

이제 패킷 수집을 전부 마쳤고, 모든 동작의 패킷을 알아 낼 수 있었다.

 

다음은 패킷의 규칙성을 찾아야 하는데, 그리 어렵지 않았다.

온도와 타이머 패킷은 직관적으로 오름차순 숫자로 구성 되어 있었고,

[data, checksum, data, checksum] 패턴으로 두 쌍씩 짝지어져서 나왔다.

 

$Checksum=0xFF-DataByte$​

checksum 규칙은 전송패킷과 체크섬 합산시 255(0xFF)가 나오게 하게하는

1의 보수 합산(One's complement sum)을 이용한 것 같았다.

따라서 제어 패킷이 01~10일시, 체크섬은 FE~F5로 역순임을 알 수 있었다.

 

 

Homebridge 서버 블루투스 설정

 

이로써, 실제 블루투스로 보낼 payload 규칙은 완성 되었다.

Homebridge 플러그인을 만들기 전에, 서버의 블루투스 설정을 해주어야 한다.

필자의 Homebridge 서버는 리눅스 이므로, 리눅스 기준으로 설명하겠다.

 

먼저, 사용할 블루투스 모듈을 설치 한 뒤,

sudo apt install bluetooth bluez libbluetooth-dev libudev-dev

 

 

which node 명령어로 node.js가 실제 설치된 경로로

블루투스 권한 설정을 필수적으로 해주어야한다.

sudo setcap cap_net_raw+eip /usr/bin/node

 

 

 

이제, 모든 설정은 마쳤다.

다음 게시글에서 실제 플러그인 구현 후,

전기매트의 제어 부분을 홈브릿지 악세서리에 매핑해 보도록 하겠다.

 

 

원본 게시글

https://blog.naver.com/101artspace/224052655237

Homebridge 전기매트 플러그인 제작, 블루투스 패킷 분석 - 1