创建ESP32开源WiFi MAC(介质访问控制)层

内置WiFi

内置的 WiFi.h 库将使我们能够轻松使用 ESP32 板的 WiFi 功能。

连接到 Wi-Fi 接入点：

#include <WiFi.h>const char* ssid = "yourNetworkName";
const char* password = "yourNetworkPassword";void setup(){Serial.begin(115200);delay(1000);WiFi.mode(WIFI_STA); //OptionalWiFi.begin(ssid, password);Serial.println("\nConnecting");while(WiFi.status() != WL_CONNECTED){Serial.print(".");delay(100);}Serial.println("\nConnected to the WiFi network");Serial.print("Local ESP32 IP: ");Serial.println(WiFi.localIP());
}void loop(){}

Connecting
................
Connected to the WiFi network
Local ESP32 IP: 192.168.43.129

获取WiFi网络信息

创建开源WiFi MAC

在我们开始对 802.11 PHY 硬件的工作原理以及我们如何与其交互进行逆向工程之前，我们首先需要找到或构建有帮助的工具。我们将使用 3 种主要方法:

静态逆向工程
模拟器中的动态代码分析
真实硬件上的动态代码分析

静态逆向工程

对于静态分析，我们使用 NSA 开发的开源逆向工程工具 Ghidra。开箱即用时，Ghidra 尚不支持 Xtensa（ESP32 的 CPU 架构），但有一个插件可以增加支持。 ESP32 SDK 中使用的构建工具会生成 ELF 文件（一种可以包含元数据的二进制文件）和平面二进制文件：使用 ELF 文件的优点是可以自动设置大多数函数名称。

模拟器中的动态分析

下面是 QEMU 记录的单个内存访问的示例：这是对地址 3ff46094 的写入（W），值为 00010005，由函数 ram_pbus_force_test 完成。调用堆栈的其余部分也会被记录，并转换为符号名称（如果可用）。

W 3ff46094 00010005 ram_pbus_force_test 400044f4 set_rx_gain_cal_dc set_rx_gain_testchip_70 set_rx_gain_table bb_init register_chipv7_phy esp_phy_load_cal_and_init esp_phy_enable wifi_hw_start wifi_start_process ieee80211_ioctl_process ppTask vPortTaskWrapper

最后，我们还更正了 MAC 地址的处理，以便数据包捕获在数据包中包含正确的 MAC 地址，而不是硬编码地址。

真实硬件进行动态分析

为了动态分析真实硬件上的固件，我们使用 JTAG 硬件调试接口。通过在ESP32和JTAG调试器之间连接一些跳线，我们可以调试ESP32。我们按照此文中描述的步骤操作，使 JTAG 调试器 (CJMCU-232H) 正常工作。

软件MAC和硬件MAC

SoftMAC（软件 MAC）和 HardMAC（硬件 MAC）是指实现 Wi-Fi MAC 层的两种不同方法。 SoftMAC 依靠软件来管理 MAC 层功能，这提供了灵活性且易于修改，但会消耗更多的功率/CPU 周期。另一方面，HardMAC 将 MAC 层处理卸载到专用硬件，从而减少了 CPU 使用率和功耗，但限制了在不更改硬件的情况下适应新功能的能力。

通过编写一些仅循环发送数据包的最小固件，并使用前面描述的三种逆向工程策略，确定了发送数据包的 Wi-Fi 硬件生命周期的高级概述：

调用 esp_wifi_start()，这间接调用了 esp_phy_enable()。esp_phy_enable() 负责初始化 wifi 硬件。现在，我们准备发送数据包：

传输数据包

作为（非常有限的）概念验证，我们希望通过直接使用内存映射外设来发送任意 802.11 帧，因此无需使用 SDK 函数。从上面的生命周期图中可以看到，在传输之前，我们首先需要初始化wifi硬件。不幸的是，这种初始化比发送数据包复杂得多：为了初始化硬件，需要大约 50000 次外围存储器访问，而传输数据包（包括处理中断）则需要大约 50 次。这些根本不是精确的数字，但它们给出了所涉及的复杂性的一个概念。