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【嵌入式開發】自定義AT指令實現sniffer網路嗅探功能

阿新 • • 發佈：2019-01-04

基礎

該功能是在NON-OS SDK下實現的。

Non-OS SDK 是不不基於作業系統的 SDK，提供 IOT_Demo 和 AT 的編譯。Non-OS SDK 主要使⽤用定時器和回撥函式的方式實現各個功能事件的巢狀，達到特定條件下觸發特定功能函式的目的。Non-OS SDK 使用 espconn 介面實現網路操作，使用者需要按照 espconn 介面的使用規則進行軟體開發。

下面給出官方文件中的SDK使用流程圖：

這裡寫圖片描述

這裡就不過多闡述如何編譯並燒寫韌體的問題，稍微提兩點：

其一就是如果大家要編譯example裡的檔案
記得將對應的資料夾從example中拖到主目錄下，比如我寫好的韌體叫作at

那對應應該放的位置就應該是：
這裡寫圖片描述

其二就是關於AT韌體的燒寫格式（注意文件中用到的是Mbit，32Mbit = 4 MB）：
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自定義AT指令

自定義 AT 指令命名時，使用英文字元，請勿使⽤用其他特殊字元或數字。 AT 基於 ESP8266_NONOS_SDK 編譯，ESP8266_NONOS_SDK/example/at中提供了開發者自定 AT指令的示例。樂鑫原本提供的 AT 指令以庫檔案 libat.a 的形式提供，將包含在編譯⽣生成的 AT BIN 韌體中。

首先是參照樣例程式註冊我們的AT指令

extern void at_exeCmdCiupdate(uint8_t id
 
);
at_funcationType at_custom_cmd[] = {
    {"+TEST", 5, at_testCmdTest, at_queryCmdTest, at_setupCmdTest, at_exeCmdTest},
    {"+MACSNIFFER", 11, at_testMacSniffer, NULL, NULL,  at_exeMacSniffer}
};

第一個引數是我們命令的名字，如上圖，執行韌體後傳送AT+MACSNIFFER樣式的命令即可執行我們的程式。
第二個引數 11 是命令字串的長度。
而一條指令可以有4種類型，下面給出官方文件截圖：
這裡寫圖片描述

由於我們只需要測試指令和執行指令，所以只在引數3和6裡填上對應的函式即可，其餘填入NULL。

然後需要在user_init(void)裡註冊我們的AT指令

//註冊使用者自定義的 AT 指令
at_cmd_array_regist(&at_custom_cmd[0], sizeof(at_custom_cmd)/sizeof(at_custom_cmd[0]));

接著是實現我們的函式，這裡只給出執行函式的實現

void ICACHE_FLASH_ATTR
at_exeMacSniffer(uint8_t id)
{
    uint8 buffer[32] = {0};

    os_sprintf(buffer, "\r\n");
    at_port_print(buffer);

    at_getMac();
    //at_response_ok();
}

為什麼要有 ICACHE_FLASH_ATTR， 文件如是說：
這裡寫圖片描述

新增了ICACHE_FLASH_ATTR的程式碼通常比使用IRAM_ATTR標記的程式碼執行得慢。然而， 像大多數嵌入式平臺一樣，ESP8266 的 iRAM 空間有限，因此建議一般程式碼新增 ICACHE_FLASH_ATTR，僅對執行行效率要求高的程式碼新增 ICACHE_FLASH_ATTR 巨集

這裡我沒讓我的函式立刻response ok, 因為是使用回撥的機制，我不想在我沒給出結果的時候就返回OK，同時我也不想在我執行我的指令的時候，還能輸入別的AT指令，所以我還需要接著新增一句程式碼：at_enter_special_state()，這句程式碼保證了在我的指令執行期間，其他指令輸入時，命令列返回busy。at_getMac() 定義如下：

void ICACHE_FLASH_ATTR
at_getMac() 
{
    at_enter_special_state();

    // Promiscuous works only with station mode
    wifi_set_opmode(STATION_MODE);

    #ifdef DEBUG
    uart_init(115200, 115200);
    UART_SetPrintPort(0);
    #endif

    // Scan all aps.
    struct scan_config scanCof;
    os_bzero(&scanCof, sizeof(struct scan_config));
    scanCof.show_hidden = 1;
    wifi_station_scan(&scanCof, wifi_scan_done_cb);
}

其中由於嗅探只能執行在STATION_MODE模式下，所以要用wifi_set_opmode(STATION_MODE)進行設定。

然後我們需要對嗅探的頻道進行設定，由於我們其實並不需要嗅探那些WIFI不支援的頻道（我們只需要對範圍內WIFI所支援的頻道進行嗅探），我們需要獲取WIFI的頻道資訊，相應的API定義如下：
這裡寫圖片描述這裡寫圖片描述

依然要用到回撥的機制，所以我們繼續完成下一個回撥函式，該函式主要是對頻道進行篩選，然後設定更換頻道的定時器，保證掃描總時長為10秒，每掃描到一個mac執行promisc_cb()回撥。

void ICACHE_FLASH_ATTR
wifi_scan_done_cb(void *arg, STATUS status) 
{
    queue_i = 0;
    os_memset(temp_mac, 0, 30 * sizeof(uint8_t));

    if (status != OK) {
        os_printf("Err: wifi_scan_done_cb status error.\r\n");
        at_leave_special_state();
        at_response_error();
        return;
    }

    struct bss_info *bss = (struct bss_info *)arg;
    bss = STAILQ_NEXT(bss, next);   //ignore first

    int bss_count = 0;
    while (bss) 
    {
        if (bss->channel != 0)
        {
            channel_check[bss->channel] = 1;
        }
        bss = STAILQ_NEXT(bss, next);
    }

    int i;
    #ifdef DEBUG
    os_printf("Channel check: ");
    #endif

    for (i = 1; i < 14; i++) {
        #ifdef DEBUG
        os_printf("%d ", channel_check[i]);
        #endif

        if (channel_check[i]) bss_count++;
    }

    #ifdef DEBUG
    os_printf("\r\n");
    #endif

    //os_printf("Total bss count: %d\r\n", bss_count);

    wifi_set_channel(1);
    wifi_promiscuous_enable(0);
    wifi_set_promiscuous_rx_cb(promisc_cb);
    wifi_promiscuous_enable(1);

    channel_i = 1;

    uint32_t timeInterval = 10000 / bss_count;

    #ifdef DEBUG
    os_printf("bss_count: %d timeInterval: %d\r\n", bss_count, timeInterval);
    #endif

    os_timer_disarm(&channelHop_timer);
    os_timer_setfn(&channelHop_timer, (os_timer_func_t *) channelHop, NULL);
    os_timer_arm(&channelHop_timer, timeInterval, 1);
}

接著完成每檢測到一個mac的回撥，這裡首先需要判斷包的長度，然後通過判斷報文裡的內容判斷包是否為重傳，重傳的不要，包的型別，以及由於我要篩選掉路由器的mac和由ARP協助產生的 ff:ff:ff:ff:ff:ff mac地址，同時使獲得的MAC不重複，我做了多重過濾。

static void ICACHE_FLASH_ATTR
promisc_cb(uint8_t *buf, uint16_t len)
{
    if (len == 12){
        struct RxControl *sniffer = (struct RxControl*) buf;
    } else if (len == 128) {
        struct sniffer_buf2 *sniffer = (struct sniffer_buf2*) buf;
    } else {
        FrameCtrlPtr frame_ctrl_ptr = NULL;
        frame_ctrl_ptr =
            (FrameCtrlPtr)(buf + sizeof(struct RxControl));
        if (frame_ctrl_ptr->type != FRAME_TYPE_DATA)
        {
            return;
        }

        // Ignore retry package.
        if (frame_ctrl_ptr->retry == 1) return;


        struct sniffer_buf *sniffer = (struct sniffer_buf*) buf;
        int i=0;
        // Check MACs

        // AP->Station, get station
        if (frame_ctrl_ptr->fromDS == 1)
        {   
            // ignore ff:ff:ff:ff:ff:ff
            if(0==os_memcmp(noused_mac, &sniffer->buf[4], 6)){
                return;
            }

            if (NULL == macListHead)
            {
                macListHead = (macListNote *)os_malloc(sizeof(macListNote));
                for (i = 0; i < 6; i++)
                {
                    macListHead->mac[i] = sniffer->buf[i+4];
                }
                macListHead->rssiSum = (int)(sniffer->rx_ctrl.rssi);
                macListHead->channel = sniffer->rx_ctrl.channel;
                macListHead->repeatCount = 1;
                macListHead->next = NULL;
            } 
            else 
            {
                macListNote *p = macListHead;
                while(p != NULL) {
                    if (0==os_memcmp(p->mac, &sniffer->buf[4], 6)) 
                    {   
                        p->rssiSum = p->rssiSum + (int)(sniffer->rx_ctrl.rssi);
                        p->repeatCount++;
                        return;
                    }
                    if (p->next == NULL) 
                    {
                        p->next = (macListNote *)os_malloc(sizeof(macListNote));
                        p = p->next;
                        for (i = 0; i < 6; i++)
                        {
                            p->mac[i] = sniffer->buf[i+4];
                        }
                        p->rssiSum = (int)(sniffer->rx_ctrl.rssi);
                        p->channel = sniffer->rx_ctrl.channel;
                        p->repeatCount = 1;
                        p->next = NULL;
                    }
                    p = p->next;
                }
            }
            return;
        }

        // Station->AP, get station
        if (frame_ctrl_ptr->toDS == 1)
        {
            // ignore ff:ff:ff:ff:ff:ff
            if(0==os_memcmp(noused_mac, &sniffer->buf[10], 6)){
                return;
            }

            if (NULL == macListHead)
            {
                macListHead = (macListNote *)os_malloc(sizeof(macListNote));
                for (i = 0; i < 6; i++)
                {
                    macListHead->mac[i] = sniffer->buf[i+10];
                }
                macListHead->rssiSum = (int)(sniffer->rx_ctrl.rssi);
                macListHead->channel = sniffer->rx_ctrl.channel;
                macListHead->repeatCount = 1;
                macListHead->next = NULL;
            } 

            else 
            {
                macListNote *p = macListHead;
                while(p != NULL) {
                    if (0==os_memcmp(p->mac, &sniffer->buf[10], 6))
                    {
                        p->rssiSum = p->rssiSum + (int)(sniffer->rx_ctrl.rssi);
                        p->repeatCount++;
                        return;
                    }
                    if (p->next == NULL) 
                    {
                        p->next = (macListNote *)os_malloc(sizeof(macListNote));
                        p = p->next;
                        for (i = 0; i < 6; i++)
                        {
                            p->mac[i] = sniffer->buf[i+10];
                        }
                        p->rssiSum = (int)(sniffer->rx_ctrl.rssi);
                        p->channel = sniffer->rx_ctrl.channel;
                        p->repeatCount = 1;
                        p->next = NULL;
                    }
                    p = p->next;
                }
            }
            return;
        }
    }
}

由於不能使用STL庫進行重複性判斷，所以自己實現了個單向連結串列來判斷重複，同時將重複獲得的MAC的RSSI進行了求平均的操作，連結串列結構如下：

struct macListNote {
  uint8_t mac[6];
  int rssiSum;
  unsigned channel:4;
  uint8_t repeatCount;
  struct macListNote *next;
};
typedef struct macListNote macListNote;

當然，關於收到包的結構體，參考ESP8266 技術參考裡的 Sniffer應用設計說明 ，我們需要定義如下結構體：

struct RxControl {
    signed rssi:8;              // signal intensity of packet
    unsigned rate:4;
    unsigned is_group:1;
    unsigned:1;
    unsigned sig_mode:2;        // 0:is 11n packet; 1:is not 11n packet;
    unsigned legacy_length:12;  // if not 11n packet, shows length of packet.
    unsigned damatch0:1;
    unsigned damatch1:1;
    unsigned bssidmatch0:1;
    unsigned bssidmatch1:1;
    unsigned MCS:7;         // if is 11n packet, shows the modulation
                            // and code used (range from 0 to 76)
    unsigned CWB:1;         // if is 11n packet, shows if is HT40 packet or not
    unsigned HT_length:16;  // if is 11n packet, shows length of packet.
    unsigned Smoothing:1;
    unsigned Not_Sounding:1;
    unsigned:1;
    unsigned Aggregation:1;
    unsigned STBC:2;
    unsigned FEC_CODING:1;  // if is 11n packet, shows if is LDPC packet or not.
    unsigned SGI:1;
    unsigned rxend_state:8;
    unsigned ampdu_cnt:8;
    unsigned channel:4;     // which channel this packet in.
    unsigned:12;
};

struct FrameCtrl {
  uint8 protocol:2;
  uint8 type:2;
  uint8 subtype:4;

  uint8 toDS:1;
  uint8 fromDS:1;
  uint8 moreFlag:1;
  uint8 retry:1;
  uint8 pwrMgmt:1;
  uint8 moreData:1;
  uint8 protectedframe:1;
  uint8 order:1;
};

struct LenSeq {
    uint16_t length;
    uint16_t seq;
    uint8_t  address3[6];
};

struct sniffer_buf {
    struct RxControl rx_ctrl;
    uint8_t buf[36];
    uint16_t cnt;
    struct LenSeq lenseq[1];
};

struct sniffer_buf2{
    struct RxControl rx_ctrl;
    uint8_t buf[112];
    uint16_t cnt;
    uint16_t len;
};

//record wifi AP's info
struct ApInfo
{
  char ssid[33];
  uint8_t bssid[6];//MAC address
  uint8_t channel;
  struct ApInfo *next;  
};

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