NoNameBadge 2020: слідкує за якістю повітря довкола вас

8 August 2020

Наш минулорічний бейдж для конференції NoNameCon отримав навпрочуд позитивні відгуки відвідувачів конференції. Створилася спільнота поціновувачів та проекти на його апаратній базі. Рівень очікувань сформовано, вйо до реалізації 😎

Цього року концепція бейджу дещо змінилася. Ми прийняли рішення не використовувати готові dev boards, а розробити повністю усю плату з нуля.

Це збільшило собівартість самих бейджів більше ніж в півтора рази. З іншого боку, після отримання їх з Китаю, єдине, що нам необхідно зробити − залити прошивку. Ніяких героїчних волонтерських страждань та дубових пальців від монотонної багатогодинної пайки.

Red & black #

Розробка виконана в дві ітерації. Спочатку замовили червоні бейджі і, на диво, усе запрацювало одразу без особливих проблем. В фінальній реалізації (чорні бейджі) трохи спростили схему живлення від батареї, додали захисту, вимикач. Усі інше працювало і працює в обох версіях.

Creators Edition #

Дизайн бейджу розроблявся під конкретний функціонал − оцінку якості повітря. Температура, вологість, тиск та інтегральний показник — IAQ (indoor air quality), що включає вимірювання VOC.

Volatile organic compounds — летючі органічні речовини. Органічні речовини, які мають досить високий тиск пари за нормальних умов, щоб у значних концентраціях потрапляти у довкілля (приміщення, атмосферу). Широкий клас органічних сполук, що включає вуглеводні, альдегіди, спирти, кетони, терпеноїди та ін.

Такий функціонал — опціональний, доступний лише тим, хто купив NoNameBadge Supporter Ticket. Усі інші - зможуть самостійно докупити (не у нас) та запаяти компоненти.

Що містить NoNameBadge Supporter Ticket?

• сенсор BME680 для бейджа
• 2х OLED екрани
• 2х джойстики
• холдер батареї 18650
• вимикач роботи від батареї 18650
• USB Type-C кабель для підключення бейджа до живлення чи комп’ютера
• наша подяка за підтримку в розробці (невеличкий сюрприз)
• лого на ключі з візора бейджа

Жартую :) Лого на ключі ми залишимо собі.

Прошивка бейджа автоматично визначає наявність сенсорів та дисплеїв. На дисплеї будуть відображені Температура (С), Вологість (%), Тиск (гПа) та IAR (індекс). Світлодіоди бейджа у зрозумілій індикації “світлофор” з першого ж погляду дадуть розуміння чи все ок, не дуже, чи дуже погано :)

Бачиш жовтий? - провітри приміщення 😝 Бачиш червоний? - час винести сміття 😁

Опціонально ви зможете взяти нашу прошивку та модифікувати її для роботи з власним сервером по HTTP чи MQTT.

⚠️⚡ Клеми батареї 18650 разом з металічним корпусом вашого ноутбука можуть відносно легко створити незабутні враження від споглядання процесів зварювання струмом в десятки ампер. ⚡⚠️

⚠️⚡ ОБЕРЕЖНО! НЕ ЗАКОРОТІТЬ БАТАРЕЮ! ⚡⚠️

Або коротіть, знімайте на відео та отримуйте опіки + мільйони переглядів в соц мережах ¯\_(ツ)_/¯

Basic Edition #

В базовій версії доступні тач-пади для керування RGB-світлодіодами, світлодіоди та мінімум компонентів для живлення та програмування ESP32 по USB Type-C.
Прошивка містить CTF завдання, що починаються після підключення по minicom/miniterm/putty/screen чи аналогічними serial terminal утилітами.

Для подальших модифікацій прошивки та апгрейдів бейджа ми надаємо source code публічної частини прошивки (без CTF) та принципову схему бейджа.

Bonus: залишили місце під CANbus модуль та клемник. Давайте, можна жартувати, мов, що не робимо – то реверс CAN 🤨

Capture the Flag #

Цей розділ буде оновлено після початку конференції.
Поки що відомо, що буде 6-7 завдань пов’язаних з кібербезпекою вбудованих систем. Деякі з завдань перероблюємо через COVID та відсутність офлайн частини конференції.

Достеменно відомо, що усі завдання базуються на реальних вразливостях, які ми зустрічали впродовж своїх досліджень та розробок продуктів. Серед них були і промислові верстати, мережеве обладнання, елементи “розумного дому” та трохи automotive продуктів.

Минулого року ми побачили цікаві підходи та вирішення завдань. Сподіваємося, завдання 2020 року хтось таки зможе здолати у повному обсязі протягом відведеного часу.
Завдання складні, вирішення можливе. Деякі рішення перевірялися впродовж 3-4 місяців :) Це час, за який забуваєш деталі і швидше з нуля сплоіт написати ніж згадувати нюанси реалізації.

Окрема подяка тим, хто погодився перевірити складність завдань жертвуючи задоволенням від несподіванки та духу змагань!

Hardware Details #

Бейдж побудовано на базі модулю Espressif ESP32-WROOM-32D документацію на який можна знайти на офіційному сайті.

З апаратної точки зору плата у версіях Creators Edition та Basic Edition використовується одна й та сама - відмінність лише у тому, що у Basic Edition припаяні не всі компоненти\модулі. На схемі такі компоненти помічені DNM (do not mount).

Схема чорного бейджу (v2.1) у форматі PDF

Не обійшлося і без хотфіксів :) Ми не поставили захист від зворотної полярності батареї, тому для бейджів Creators Edition р̶і̶з̶а̶л̶и̶ ̶п̶о̶-̶ж̶и̶в̶о̶м̶у̶ модифікували та допаювали вже готові плати.

ESP32-WROOM Pinout #

Призначення пінів модуля ESP32-WROOM гарно викладено у статті Random Nerd Tutorials. Загалом, завдяки використанню GPIO Matrix можна вивести будь-які виходи периферії на будь-який пін модуля. На зображенні нижче зображені назви пінів та їх основні функції.

Badge Pinout #

Всі основні модулі на бейджі під’єднані до пінів мікроконтролера. Скріншот зі схеми чорного бейджа:

UART for Programming #

Мікроконтролер ESP32 має опцію оновлення прошивки по інтерфейсу UART. На платі використовується USB-UART перетворювач CP2102N для оновлення прошивки, комунікації з бейджем через консоль та виведення логів. Пін EN виконує функцію ресету мікроконтролера, для запуску треба на нього подати 3.3V. Якщо в цей час на ножку IO0 подати напругу 3.3V чіп перейде в режим виконання коду, якщо подати 0V - в режим оновлення прошивки. Для автоматичного переведення ESP32 в режим прошивки і назад піни EN та IO0 підключені до Harware Flow Control пінів CP2102N. Також вони підключені до двох кнопок “RST” та “BOOT” для ручного керування.

I2C Bus #

До шини I2C0 підключені пристрої:

• BME680 - датчик стану повітря, має адресу 0x77
• PCA9539PW - розширювач GPIO до якого підключені джойстики, має адресу 0x74

До шини I2C1 підключені пристрої:

• SSD1306 OLED екран діагоналлю 0.96" (лівий), має адресу 0x3D
• SSD1306 OLED екран діагоналлю 0.96" (правий), має адресу 0x3C

Під часу запуску прошивки скануються всі пристрої на шинах I2C0 та I2C1, і для Creators Edition ви побачите наступну картинку:

I2C0: detected 2 devices
      [0x74] GPIO expander (Joysticks)
      [0x77] BME680
I2C1: detected 2 devices
      [0x3C] OLED right
      [0x3D] OLED left

TouchPads #

На чорному бейджі підключено п’ять сенсорних кнопок: чотири стрілки та правий чіп TechMaker. Лівий чіп підключений до піна IO5 на якому нажаль немає функціоналу TouchPad, тому він недоступний ¯\_(ツ)_/¯.

Buttons \ LEDs #

Використовуються адресні світлодіоди WS2812B-MINI-V3 (також відомі як Neopixels), які з’єднані послідовно. Всього світлодіодів 18,вихід останнього виведений на коннектор J4 для можливості підключення додаткових зовнішніх світлодіодних лент \ матриць \ кілець.

CAN Bus #

На платі є можливість підключити модуль трансівера CAN шини з гвинтовим клемником, проте вони не входить в жодну комплектацію. Коннектор виконаний під модуль CJMCU-2551 на базі MCP2551 з живленням 5V.

Shitty Addon Connector #

Для розширення функціоналу бейджів на ми взяли популярний на DEFCON - Shitty Addon Connector v1.69bis.

Where to buy #

Модулі можна замовити на Aliexpress, або ж в місцевих магазинах Mini-Tech, uAmper, Arduino.ua, etc.

• CJMCU BME680 Environmental Sensor
• OLED 0.96" I2C 4pin White Display
• Shitty Addon Connector
• Зовнішні RGB світлодіоди
• Для підключення CAN шини:
  • CJMCU-2551 CAN Bus Transceiver
  • Клемник 3 pin 5.00\5.08 mm
• Для підключення джойстиків:
  • Джойстик ALPS SKRHABE010 (2 шт.)
  • Розширювач GPIO PCA9539PW (1 шт.)
  • Резисторна збірка 4x SMD1206 10кОм (3 шт.)
  • Конденсатор SMD0603 100нФ (1 шт.)
• Для підключення Li-Ion акумуляторної батареї:
  • Резистор SMD0603 22.1кОм 1% (3 шт.)
  • Транзистор MOSFET P-канальний FDN340P SOT-23 (2 шт.)
  • Вимикач MSS-2235S (1 шт.)
  • Клеми для батареї 18650 Keystone 54 (2 шт.)
  • Роз’єм для батареї JST PH2.0 2pin (S2B-PH-SM4-TB) (1 шт.)
  • Діод Шотткі PMEG2010AEB SOD-523 1A (1 шт.)

Stay tuned #

Тут будуть посилання на додаткові матеріали: схеми, код, інструкції і тд.

Кого бити, якщо бейдж несправний: