摘 要： BadUSB是2014年黑帽大会提出的恶意硬件攻击技术，其利用USB设备固件漏洞入侵计算机系统，现有的安全系统无法防御，严重威胁了用户的安全。为防范BadUSB入侵及侦查此类案件，研究其发展历史，以BadUSB攻击原理、攻击类型为基础制作BadUSB，分析BadUSB的侦查及防范措施，为公民和公安机关了解BadUSB提供参考。
关键词： BadUSB; 攻击原理; 攻击类型; 侦查防范;
引言
随着硬件技术的飞速发展，USB设备以其灵活性高、兼容性广深受人们的喜爱，USB接口是计算机系统上使用最多、最通用的接口，这也因此受到黑客们的关注，从早期的在USB设备根目录存放autorun.inf文件传播病毒，到HID攻击及现在的BadUSB,USB设备一直都是黑客们研究的重点对象。USB设备的低成本、低门槛已经使得HID攻击随处可见，不难预见Bad USB亦会飞速发展，所以对Bad USB的研究十分有必要。
一、BadUSB的发展
（一）USB自动运行攻击
在早期的互联网发展中，计算机之间的数据交换受限于网络带宽和存储介质容量，为了方便应用，在可移动存储介质（软盘、U盘等）中加入自动运行的功能，在可移动存储介质根目录下添加autorun.inf和setup.exe文件，实现自动播放的功能。基于此，将正常的autorun.inf文件和setup.exe的病毒文件存放在USB根目录，实现对计算机系统的入侵。2011年，微软发布补丁修复，阻断USB自动运行功能，而后USB自动运行攻击进化为USB伪装光盘自动运行入侵。制作方法是将USB量产伪装为CD-ROM光驱，将autorun.inf文件和病毒文件制作成ISO文件写入U盘，这即是Bad USB的雏形。
（二）USB HID攻击
随着信息技术的发展，自动播放功能逐渐退出历史舞台，可移动存储介质飞速发展，HID协议成为USB设备常用的协议，HID协议是一种计算机协议，约定了计算机在完成通讯过程时所要遵守的规则，HID协议使得设备之间无需安装驱动就能进行交互。USB HID(Human Interface Device，人机交互设备，如键盘、鼠标等）攻击即是将U盘模拟成鼠标或者键盘，并通过虚拟键盘输入集成到U盘固件中的指令和代码进行攻击，插入U盘后便有一个无形的键盘输入指令进行恶意操作。USB HID攻击最大的特点就是恶意代码隐藏在固件之中，且具有固定的设备，如Arduino、USB RUBBER DUCKY和Teensy USB。
（三）BadUSB攻击
在2014年美国黑帽大会上，BadUSB由安全研究人员Jakob Lell和Karsten Nohl提出，并展示了攻击方法，可以说现如今几乎所有USB设备都有成为BadUSB的风险。不同于HID攻击将恶意代码写入Tennsy或者Arduino leonardo U盘芯片，BadUSB则是通过利用USB协议的漏洞，对USB设备的固件反编译，改写USB设备的固件系统进行攻击，并不需要特别定制，只要是可编译的USB设备都有成为BadUSB的可能，BadUSB与HID攻击特点的对比如图1所示。
二、BadUSB攻击原理
（一）USB设备内部结构
以U盘为例，U盘是由USB端口、主控芯片、FLASH（闪存芯片）、底板及外壳构成。其中主控芯片相当于U盘的大脑，负责管理部件和下达指令，与计算机交互，主控芯片实际上是一个低功耗计算机，它通过从内存芯片加载基本的引导程序来启动，类似于计算机系统的硬盘驱动器包含一个隐藏的主引导记录，如图2所示。
（二）BadUSB攻击原理
USB设备插入计算机系统之后，需要经过枚举过程才能与计算机进行通信，枚举过程即是向主机申请端口地址，发送设备描述符的过程。在这个过程中，USB设备的信息是由自己提供的，具有可变性。
USB设备漏洞原理：（1）由于USB设备枚举过程中，USB设备信息具有可变性，即存在USB设备具有多个输入输出的特征，并可以注销再次描述为其他的设备。（2）枚举过程中，有数据通信交换的过程，在USB协议中并没有校验过程，这会导致黑客可以随意的添加恶意数据来攻击计算机系统，如图3所示。
根据USB设备的漏洞原理，黑客将恶意代码添加至USB设备的固件之中，而安全防护软件对USB设备的正常通信没有任何防御，致使黑客可以轻而易举的入侵计算机系统，造成巨大的损失，如图4所示。
三、BadUSB攻击类型
Bad USB属于硬件设施，入侵计算机系统需要对目标进行物理接触，而这种物理接触一般都是利用社会工程学的方式，如扫码赠送BadUSB设备，向目标邮寄BadUSB设备，在目标附近丢弃BadUSB设备诱使其捡到，假装上门维修等等方式，方式多种多样，但目的都是和目标计算机接触，入侵计算机系统。
（一）键盘模拟方式
利用社会工程学的方式将键盘模拟方式的BadUSB设备接入计算机，此时计算机系统会将BadUSB识别成一个键盘，从而执行从BadUSB输入的恶意指令，并免疫病毒查杀，从而在计算机系统内开后门提升权限。
（二）USB设备篡改Windows系统的DNS设置
将USB设备伪装成交换机，包含DNS服务器地址，但没有默认网关，会使得网络流量仍然能通过正常的Wi-Fi连接，但是所有的DNS查询会发送到USB制定的服务器，导致重定向攻击。
（三）USB引导扇区病毒
当U盘被改写成启动盘时，在U盘的固件中反编译一个集成引导扇区病毒的系统镜像，在使用BIOS启动U盘的系统时，先启动固件中隐藏的病毒系统，从而感染引导计算机系统。
四、BadUSB制作分析
（一）制作原理
首先寻找已知的具有BadUSB漏洞的USB型号，重复重置更新USB固件过程，使用抓包软件获取其通信过程，获取USB设备固件命令。其次对USB设备固件进行反编译得到固件的源代码。最后将写好的恶意代码脚本编译为二进制文件.bin，使用烧录器将USB设备镜像同恶意代码文件一同烧录至固件，具体流程如图5所示。
（二）制作BadUSB
所需U盘芯片：Chip 2303、Chip 2307、Chip 2309;U盘类型：东芝TOSHIBA THV3SZK-16G-BK;U盘制作环境：.NET 4.0，编译工具Visual Studio 2010 Express,SDCC(Small Device C Compiler,U盘单片机编译器），Psychson项目文件。制作步骤如下：
1. 编写脚本
因已知芯片类型，直接编写恶意代码，恶意代码脚本语言为Ducky Script。Ducky Script脚本语法的每个命令驻留在一个新的行上，命令均为大写字母，大多数命令调用击键、键组合或文本串，而有些则提供延迟或暂停。关键代码如下：
2. 编译烧录
将恶意代码，写入自定义镜像文件，附加正常的镜像写入闪存中，关键代码如下：
3. 实验验证
实验环境：Windows7操作系统，i3处理器PC电脑两台，BadUSB一个。在靶机上插入BadUSB，便获得管理员账号Local000,badusb。打开靶机的控制面板-用户账户，发现已有Local000的管理员账户，说明BadUSB入侵成功。
根据BadUSB的制作过程分析，验证了BadUSB是通过利用USB协议的漏洞，对USB设备的固件反编译，改写USB设备的固件系统进行攻击。同时在攻防练习中，Bad USB拿下目标主机只需要5秒钟，危害不言而喻。
五、BadUSB侦查与防范对策
（一）侦查策略
1. 追根溯源
Bad USB的产生必定是人为制作，USB设备的来源可以提供许多有效线索。BadUSB设备以U盘为主，一般在购物网站购买，因BadUSB具有消耗品性质，故并非单个购买，且U盘芯片具有固定的型号，芯片具有可编译的特性，如Phison 2303(2251-03），由此可根据购物网站的商家调查收货地址，以犯罪嫌疑人居住地为收货地址展开调查，锁定嫌疑人。
2. 查找痕迹
Bad USB在受害者计算机系统上使用，必定会安装相应的USB驱动，可通过查找受害者计算机系统U盘驱动来确定Bad USB驱动型号以及安装时间，32位的计算机系统USB驱动地址为：C:\Windows\System32\drivers，如图6所示，并通过右键属性查看时间戳、数字签名等信息，以此可查找犯罪嫌疑人计算机系统相应的USB驱动及其U盘来固定证据，锁定嫌疑人。
3. 日志查看
Windows日志文件记录着Windows系统运行的每一个细节，可以此寻找犯罪嫌疑人的信息，从安全日志中寻找管理员账户的增加和删除；在系统日志可查询计算机系统上传文件的信息和端口的开启信息；在FTP日志中寻找上传FTP的地址信息；在程序日志中寻找邮件发送的地址信息等，可将系统日志导出至日志管理软件，方便查找线索，同时可从防火墙查看出端口访问记录，找出线索。
4. 取证侦查
Bad USB入侵计算机系统后，使用取证软件对计算机系统进行数据恢复、侦查取证。查看邮件程序收发信息、DNS的篡改信息、服务器上传文件信息等，对之前的侦查措施有查遗补缺的作用，也可对犯罪嫌疑人的计算机系统进行取证，查找网页历史记录、购物软件等是否存在关于Bad USB的相关信息。
5. 手印视频侦查
Bad USB入侵计算机系统必须要和计算机接触，显示器、机箱都容易留下手印痕迹，可使用磁性指纹刷显现指纹，再进行指纹对比，查找犯罪嫌疑人。同时，调取相应监控，以计算机系统BadUSB驱动安装时间为基数，核查监控录像，缩小范围，寻找嫌疑人线索。
（二）防范措施
1. 停用命令提示符
Bad USB的入侵都是在命令行上运行恶意脚本，停用命令行可以阻断BadUSB对恶意脚本的调用，从而在根源上防范BadUSB。停用命令提示符步骤如下：打开“运行”窗口，输入命令“gpedit.msc”并按回车，从打开的“组策略编辑”界面中，依次展开“用户配置”-“管理模块”-“系统”项，从右侧找到“阻止访问命令提示符”项，右击并选择“编辑”项。从打开的“阻止访问命令提示符”界面中，勾选“已启动”项，同时设置“禁用命令提示符脚本处理”，点击“确定”即可完成设置。
2. 命令行记录工具
Win10下命令行工具PowerShell自带记录命令行命令功能，命令行记录功能虽然不能起到防范作用，但可以做到最大程度的挽回损失，并根据BadUSB脚本反追踪黑客。由此可以将启动CMD命令行设置为启动PowerShell，并输入命令$MaximumHistoryCount=10000，使其记录PowerShell输入的10000行命令，并通过Invoke-History来查看已经输入的命令，由此实现命令行记录功能。
3. USB设备白名单
USB设备通常没有唯一的序列号，但可使用市场上的设备防护软件如Endpoint Protector、USB Block等对USB设备进行授权设置白名单并进行防护。例如USB Block可以针对每一个USB设备进行授权，只有在白名单中的设备才能正常使用。而未经授权的USB存储设备则无法使用，同时也可以阻止其他USB设备的插入，当其他USB设备插入时，需要手动允许，由此可防范BadUSB的入侵。
4. 磁盘加密
磁盘加密可以防止计算机系统上的数据泄露，也可以一定程度上阻止Bad USB的入侵。如Windows自带的Bit Locker软件，使用TPM芯片加密保护Windows操作系统和用户数据，使得计算机系统上的数据无法被上传以及篡改。
5. 禁止USB固件更新
Bad USB就是利用USB设备固件更新的漏洞制作，禁止对USB设备的更新及使用时检查USB设备的固件可以简单有效的对BadUSB进行防护。
6. 安装安全防护软件
安全防护软件如防火墙、360安全卫士、金山毒霸等能有效的限制计算机软件权限提升以及DNS的篡改，安装安全防护软件非常有必要。
六、结语
Bad USB是一种新型的恶意软硬件结合的USB设备攻击技术，有多种入侵路径，比之HID攻击威胁更大。一旦通过USB外设或其他途径感染，恶意代码可以隐藏在外设中，避免被系统清除，危害巨大，但并不是无法防范和侦查的，只要提高安全意识，就能防范于未然。与此同时，BadUSB也有很多积极的用法，如U盾、共享加密U盘等等，更值得去研究。
参考文献
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