智能家居设备的另一种打开方式——如何控制局域网中的小米设备

近两年，物联网技术发展迅猛，各样的智能设备渐渐地走进了我们的家居生活。在众多的智能设备厂商中，小米是较早的布局智能家居生态的厂商，购买智能家居设备的用户几乎都会有一到两个小米设备。那么是否可以控制这些小米设备呢，其中过程是否会有安全风险呢？本文接下来会主要介绍这些内容。

具体地，除了米家app控制小米设备外，小米还提供一种局域网控制的方式，但前提是要获得用于设备认证一串字符串（即token），所以接下来主要介绍如何获取设备token，以及如何实现局域网控制设备。

一、总体流程介绍

在同一局域网下，小米设备可以使用专有的加密UDP网络协议miio协议通信控制。在网络可达的前提下，向小米设备发送一串hello bytes即可获得含有token的结构体数据。之后，构造相应的结构体，并以同样的方式发送给设备即可实现控制。具体流程如下图所示：

二、小米设备token获取

小米设备的token获取有三种途径，如下所述：

2.1 miio获取token

miio有基于Python实现的库，其Github项目地址为：https://github.com/rytilahti/python-miio。该项目支持所有兼容miio协议的设备，并将设备发现、识别和控制的方法进行了分类。

2.1.1 环境安装

python-miio需要Python3.5以上版本上才能运行，所以首先搭建Python环境。下面，我们在操作系统为Ubuntu的电脑或者树莓派中安装Python3.5：

1
sudoapt-getinstallbuild-essentiallibsqlite3-devsqlite3bzip2libbz2-devlibssl-devopenssllibgdbm-devliblzma-devlibreadline-devlibncursesw5-dev

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
wgethttps://www.python.org/ftp/python/3.5.2/Python-3.5.2.tgz
 
tarzxvfPython-3.5.2.tgz
 
cd./Python-3.5.2
 
./configure--prefix=/usr/bin/python3.5
 
sudomake
 
sudomakeinstall

1
2
3
4
5
6
7
8
9
sean@ubuntu:~/Desktop/week/ProcessAndDeadline$ python3.5
 
Python3.5.2(default,Nov232017,16:37:01)
 
[GCC5.4.020160609]onlinux
 
Type"help","copyright","credits" or"license" formoreinformation.
 
>>>

1
2
3
4
5
gitclonehttps://github.com/rytilahti/python-miio
 
cd python-miio/
 
python3.5 setup.py install

2.1.2 通过脚本获取token

下面就以小米智能插座为例，说明如何获取该设备的token。

首先要保证获取token的客户端要与插座网络可达。为了显示直观，我们将主要实现代码从库中提取出来（如下）。将文件放在python-miio/miio目录下（该脚本主要就是使用socket向设备ip的54321端口发送固定字符串，返回值即为设备token）：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
#-*-coding:utf8-*-
 
importcodecs
 
importsocket
 
fromprotocolimportMessage
 
helobytes=bytes.fromhex('21310020ffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff')
 
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
 
s.sendto(helobytes,('192.168.42.17',54321))#插座ip，端口54321
 
data,addr=s.recvfrom(1024)
 
m=Message.parse(data)
 
tok=codecs.encode(m.checksum,'hex')
 
print(m)
 
print(tok)

返回如下消息结构，其中checksum即为设备的token，解码之后为：’1d0616858062b8f836ebcacc98e62dd2’。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
root@raspberrypi:~/python-miio/miio#python3.5miio_test.py
 
Container:
 
    data=Container:
 
        offset2=32
 
        offset1=32
 
        length=0
 
        value=  (total0)
 
        data=  (total0)
 
    header=Container:
 
        offset2=16
 
        offset1=0
 
        length=16
 
        value=Container:
 
            length=32
 
            unknown=0
 
            device_id=\x03\xa9\x84\xb6(total4)
 
            ts=1970-01-2222:10:05
 
        data=!1\x00\x00\x00\x00\x00\x03\xa9\x84\xb6\x00\x1c\xe7=(total16)
 
    checksum=\x1d\x06\x16\x85\x80b\xb8\xf86\xeb\xca\xcc\x98\xe6-\xd2(total16)
 
 b'1d0616858062b8f836ebcacc98e62dd2'

支持这种方式拿token的还有小米的空气净化器、净水器、扫地机器人、智能插座插线板等。具体列表见https://github.com/rytilahti/python-miio。

2.2 从米家app获取token

如果能用上述的探测方法获取token还是比较便捷的，但目前只有部分小米设备支持。接下来还有一种方法可以直接从app获取token。以小米绿米网关为例：首先下载米家app，将绿米网关配置入网后，点击网关设备。接下来步骤如下组图，最后的密码即为网关的token。

目前绿米的这种设计模式是用户友好的，而且设备的所有者还可以选择是否开放局域网控制以及刷新控制token的有效性，比较安全。个人还是很希望小米的其他设备同样开放app侧获取设备token，因为毕竟获取需要搭建复杂的环境以及调试代码，大部分使用者应该不能接受的。

2.3 从数据库获取token

该方法是读取手机中米家的app中的数据记录来获取设备的token，具体步骤如下：

因为没有root的安卓手机，笔者没有具体测试这种方式获取token的有效性，具体可以参考这篇文章（https://homekit.loli.ren/docs/show/12）

三、控制小米WiFi插座

如果获得了token，就能对小米的设备进行操作，接下来介绍使用miio协议控制小米插座的主要步骤。

3.1 控制脚本编写

基于1.1.2获取到的回传的token信息，构造如下数据结构，用来控制设备。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
ts=m.header.value.ts+datetime.timedelta(seconds=1)
 
cmd={'id':1,'method':'set_power','params':['on']}
 
header={'length':0,'unknown':0x00000000,                  
 
          'device_id':device_id,'ts':ts}
 
msg={'data':{'value':cmd},
 
       'header':{'value':header},
 
       'checksum':0}

其中：

token为获取到的设备token；

device_id为获取token返回结构中的device_id字段；

ts是一个时间结构，控制传的ts的需要在获取到ts基础上加1秒；

cmd中的method包括：set_power(控制开关)、get_prop(获取状态)，控制的params是[‘on’]/ [‘off’]，获取状态的params是[‘power’, ‘temperature’]

下面的代码是实现打开插座的控制，其中插座的IP为192.168.42.17。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
m0=Message.build(msg,token=m.checksum)
 
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
 
s.sendto(m0,('192.168.42.17',54321))
 
data,addr=s.recvfrom(1024)
 
m1=Message.parse(data,token=tok)
 
print(m1)

3.2 执行控制脚本

执行上面编写的控制代码，得到返回状态，如果返回状态中value变量中的result字段为[ ‘ok’]，即为控制成功。当cmd使用get_prop方法时，如果返回的value变量值为{‘id’: 1, ‘result’: [‘on’, 59]}时，表示插座状态是开的，温度为59℃。因为篇幅关系具体就不贴了。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
root@raspberrypi:~/python-miio/miio#python3.5miio_test.py
 
Container:
 
    data=Container:
 
        value={'id':1,'result':['ok']}
 
        data=\x03\x88T\x86\x1a\xbd\xb5\xb24.\xdcm\xdb\xc3\xb4\xdb\x0e7\x80JR\x0e\xda\xa987\x91Q\xd0\xee\x9bV(total32)
 
        offset2=64
 
        offset1=32
 
        length=32
 
    header=Container:
 
        value=Container:
 
            length=64
 
            unknown=0
 
            device_id=\x03\xa9\x84\xb6(total4)
 
            ts=1970-01-2220:40:38
 
        data=!1\x00@\x00\x00\x00\x00\x03\xa9\x84\xb6\x00\x1c\xd2F(total16)
 
        offset2=16
 
        offset1=0
 
        length=16
 
    checksum=\xfc\xe2\r\x8b\xd9\xb6\x1d\xfda\xd5\x11\x04\xe1b\xbe\xfd(total16)

四、总结

从目前的智能家居市场来看，用户不会只使用单个智能设备厂商的设备，所以对于厂商来说，通过开放接口给用户一些局域网的控制“自由”，实现不同厂商设备的联动是一个不错的选择。

从另外一个角度，本文中体现的安全问题我们也不容忽视。如果如2.1所示在局域网中不经过认证就能获取物联网设备的访问凭证，并进而进行控制，无形中给入侵者留了一扇门。例如，攻击者可经过扫描互联网发现家庭路由器，并利用弱口令或设备漏洞获得路由器的shell权限，接下来就可按照文中步骤就可以获得设备token进而控制。

在接下来的文章中，我们会给大家介绍一些智能家居的平台，以及家庭环境中智能设备的一些安全防护方法，让智能与安全同行。

源链接

Hacking more

...