Firmware Analysis Plus (Fap)

上游项目支持：binwalk、firmadyne、firmware-analysis-toolkit

firmware-analysis-plus（Fap）主要用于常见路由器固件的仿真，可以进行固件的安全测试。感谢以下开源项目：binwalk 提供优秀的固件提取 API，firmadyne 提供优秀的固件仿真核心支持，firmware-analysis-toolkit 提供简化流程的思想。

Fap 只是站在巨人的肩膀上，做出改进和定制，提供一个更加高效的仿真平台。包括精简不必要组件，优化仿真流程，优化网络环境大幅压缩安装时间，修复若干 bug，一键仿真固件。其原理主要包括两点

qemu 提供多种架构指令的模拟，使用预先编译好的内核启动固件中的核心业务；
多数嵌入式设备含有一个 nvram 芯片，保存一些重要的配置信息，firmadyne 实现一个新的 libnvram.so 库文件，通过代码模拟固件启动时加载 nvram 配置信息的行为。

Fap 版本	支持系统	备注
v0.1	Ubuntu16.04 / Ubuntu 18.04 / Kali 2020.02	Fap v0.1 版本手册
v1.0	Kali 2020.02	测试版本
v2.0	Kali 2020.04 / Kali 2022.01	备份fat
v2.3	Ubuntu16.04 / Kali 2020.04	修复多个bug
v2.3.1	Ubuntu16.04 / Ubuntu18.04 / Ubuntu20.04 / Kali 2020.04	提高兼容性&添加Docker

🚩 注意 🚩

经过验证，Ubuntu2022 以及 Kali2022 最新版 binwalk 存在问题，许多固件无法提取根文件系统，固在此不推荐使用。
Ubuntu 用户，可以按照如下方法使用；Kali 用户，可能需要源码编译 binwalk，否则只能使用无 binwalk 模式的 Fap（参见 FAQ）。

Fap 常见用法

安装

git clone https://github.com/liyansong2018/firmware-analysis-plus.git
cd firmware-analysis-plus
./setup.sh

配置

修改 fap.config 文件中的密码，改为 root 系统用户的密码

运行

┌──(lys㉿kali)-[~/Documents/IoT/firmware-analysis-plus]
└─$ ./fap.py -q ./qemu-builds/2.5.0/ ./testcases/wnap320_V3.7.11.4_firmware.tar               

             
                ______   _                ___                 
                |  ___| (_)              / _ \                
                | |_     _   _ __ ___   / /_\ \  _ __    ___  
                |  _|   | | | '_ ` _ \  |  _  | | '_ \  / __| ++
                | |     | | | | | | | | | | | | | | | | \__ \ 
                \_|     |_| |_| |_| |_| \_| |_/ |_| |_| |___/

                Welcome to the Firmware Analysis Plus - v2.3.1
 By lys - https://github.com/liyansong2018/firmware-analysis-plus | @liyansong
    
[+] Firmware: wnap320_V3.7.11.4_firmware.tar
[+] Extracting the firmware...
[+] Image ID: 3
[+] Identifying architecture...
[+] Architecture: mipseb
[+] Building QEMU disk image...
[+] Setting up the network connection, please standby...
[+] Network interfaces: [('brtrunk', '192.168.0.100')]
[+] Using qemu-system-mips from /home/lys/Documents/IoT/firmware-analysis-plus/qemu-builds/2.5.0
[+] All set! Press ENTER to run the firmware...
[+] When running, press Ctrl + A X to terminate qemu

此时回车，可以进入路由器的 shell，也可以打开 Web 端路由器管理页面。

关闭终端

./shutdown.py

重置和删除中间文件

./reset.py

参数 -t 用于更改固件网络地址推断的默认时间；参数 -q 用于配置 binwalk。

Docker

由于固件模拟在不同操作系统上会有不同的表现，经过众多安全研究者的强烈建议，Fap 2.3.1 已添加对 Docker 镜像的支持，如果你遇到了环境问题，可以直接使 fap-docker！

# 拉取镜像
sudo docker pull liyansong2022/fap-docker:2.3.1

# 创建容器
sudo docker run -it --privileged -p 8080:80 --name fap liyansong2022/fap-docker:2.3.1 /bin/bash

# 进入容器
sudo docker exec -t fap /bin/sh

# 使用Fap
root@a8e4d33280d9:/# cd root/firmware-analysis-plus/
root@a8e4d33280d9:~/firmware-analysis-plus# ./fap.py testcases/iot_dir880l_110b01.bin 

# 在docker容器内添加端口映射
root@a8e4d33280d9:/# vi /etc/rinetd.conf
0.0.0.0 80 192.168.0.1 80

root@a8e4d33280d9:/# pkill rinetd   		 # 关闭进程
root@a8e4d33280d9:/# rinetd -c /etc/rinetd.conf  # 启动转发

通过在宿主机上访问 http://127.0.0.1:8080 即可打开 docker 中的 qemu 模拟的固件。相比于直接使用 Fap，使用 docker 的缺陷是

如果要添加新的固件，需要手动修改 docker 容器的启动参数，共享文件；或者直接在容器中下载公网上的固件。
如果需要访问固件中的端口，也需要手动修改 docker 容器的启动参数，并在 docker 容器中自行添加端口映射。

FAQ

编译 binwalk 失败或者解压镜像失败怎么办？

如果已经编译好了 binwalk，可以使用如下命令进行固件仿真

./fap.py -q /qemu-builds/2.5.0/ ./testcases/wnap320_V3.7.11.4_firmware.tar

如果编译 binwalk 失败，也没关系，fap 也支持不使用 binwalk 接口的模式，但是需要我们预先解压固件中的文件系统，并重新打包

tar -czvf test.tar.gz *		# 一定要在固件文件系统的根目录下重新打包
./fap.py -q ./qemu-builds/2.5.0/ -b 0  ./testcases/test.tar.gz

常见问题请直接访问 issue。

支持的固件

Fap 通用版（上游 firmadyne 项目提供）

wnap320_V3.7.11.4_firmware.tar
DIR-601_REVB_FIRMWARE_2.01.BIN
DIR890A1_FW103b07.bin
DIR-505L_FIRMWARE_1.01.ZIP
DIR-615_REVE_FIRMWARE_5.11.ZIP
DGL-5500_REVA_FIRMWARE_1.12B05.ZIP
WRT54G3G_2.11.05_ETSI_code.bin
NBG-416N_V1.00(USA.7)C0.zip
TEW-638v2%201.1.5.zip
Firmware_TEW-411BRPplus_2.07_EU.zip
DGND3700 Firmware Version 1.0.0.17(NA).zip
DIR-300A1_FW105b09.bin
HG532eV100R001C01B020_upgrade_packet.bin
DIR-860/865/880...

Fap 定制版（针对特定固件定制的版本）

FAP-DIR2640.tar.bz2
TL-WR802N(US)_V4_200
Archer_C50v5_US_0.9.1_0.2

已发现的安全漏洞

比较幸运的是，我们也是用该工具发现了一些路由器的安全漏洞，因此，使用 Fap 不仅可以复现 IoT 固件安全漏洞，提供靶场和演练环境，也可以用于漏洞挖掘。2021 年通过Fap 发现的可以实现远程代码执行的漏洞如下

由于个人精力有限，加之上游项目 Firmadyne 架构近几年没有进行调整，因此本项目近期不会更新，但是此工具仍然可用于 IoT 漏洞挖掘或者安全研究。除基于 Firmadyne 的固件模拟项目之外，EMUX(ARMX) 也是仿真路由器固件不错的选择。

其他推荐

EMBA - The firmware security analyzer（固件分析工具，集成 firmadyne，但是环境复杂）
EMUX - Firmware Emulation Framework (formerly ARMX)（路由器固件仿真）
FACT_core - Firmware Analysis and Comparison Tool

liyansong2018/firmware-analysis-plus

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