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28 ago 20 Adaptación a IoT de un difusor de aceites esenciales TENSWALL con control remoto IR

Seguimos con las adaptaciones a IoT. Otra de las que he realizado recientemente es la integración en mi sistema de domótica basado en Home Assistant de un difusor de aceites esenciales controlado por infrarrojos. A principio de verano le regalamos uno de estos difusores a mis cuñados para su casa, pero como también nos gustó para la nuestra, nos decidimos a comprar uno. Elegimos un modelo en Amazon con iluminación y control remoto por infrarrojos, un Tenswall de 500 ml.

Difusor de aceites Tenswall de 500 ml y control por infrarrojos

Difusor de aceites Tenswall de 500 ml y control por infrarrojos

Por lo que he podido averiguar, es un modelo bastante estandarizado vendido bajo multitud de marcas y fabricantes: se basa en el uso de frecuencias ultrasónicas para producir una vaporización del agua y los aceites esenciales a ella añadidos, generando una niebla que esparce las esencias, pero sin calentar el agua colocada en el depósito. Existen otros modelos más avanzados que integran capacidad WiFi y controlable desde una aplicación en el teléfono móvil, basado -por lo que recuerdo- en un ESP8266, pero el modelo que nosotros adquirimos tan sólo cuenta con capacidad IR. En realidad, una ventaja para lo que estaba buscando. El modelo que nosotros adquirimos tiene las siguientes funciones:

  • Encendido/apagado
  • Funcionamiento en modo intermitente (varios segundos generando niebla, varios segundos sin generarla)
  • Funcionamiento en modo continuo
  • Temporizador de funcionamiento a 60, 120 o 180 minutos, o bien en continuo
  • Funcionamiento con mucha niebla o poca niebla
  • Encendido de luces led, en modo carrusel, o 16 posiciones posibles
  • Apagado de las luces led

Para realizar la adaptación a IoT, lo primero fue capturar los códigos IR enviados por el mando a distancia. Para ello utilicé un receptor IR y una librería arduino que ya en su momento empleé para leer códigos del aire acondicionado. Capturé cada uno de los códigos asociados a los comportamientos indicados más arriba. Los adjunto por si a alguien más le sirvieran, en formato raw, y su equivalencia en protocolo NEC:

  • uint16_t rawDataOnOff[67] = {9040, 4466, 600, 532, 604, 530, 596, 538, 598, 536, 598, 534, 602, 532, 594, 538, 596, 536, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1644, 598, 1644, 596, 1646, 596, 1644, 594, 1646, 594, 1646, 594, 538, 596, 536, 598, 560, 576, 558, 566, 568, 568, 564, 572, 562, 574, 560, 576, 1640, 602, 1640, 600, 1640, 600, 1640, 600, 1640, 600, 1642, 600, 1640, 600, 1642, 600}; // NEC FF00FF
  • uint16_t rawDataIntermittent[67] = {9040, 4462, 592, 540, 594, 540, 596, 536, 598, 534, 602, 532, 592, 542, 594, 538, 598, 536, 600, 1640, 600, 1642, 600, 1642, 600, 1642, 598, 1644, 598, 1644, 596, 1646, 596, 1646, 594, 1646, 594, 540, 596, 538, 598, 536, 600, 534, 602, 532, 594, 540, 596, 538, 598, 536, 600, 1640, 600, 1640, 600, 1642, 600, 1640, 600, 1642, 600, 1640, 600, 1642, 598}; // NEC FF807F
  • uint16_t rawDataContinuous[67] = {9032, 4466, 600, 532, 602, 530, 594, 538, 596, 536, 600, 534, 602, 530, 594, 540, 596, 538, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 600, 1642, 598, 534, 600, 1640, 600, 534, 592, 540, 594, 538, 598, 534, 600, 532, 592, 540, 596, 1644, 594, 538, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1644, 598, 1642, 598}; // NEC FF40BF
  • uint16_t rawDataTiming[67] = {9032, 4464, 602, 530, 594, 538, 598, 536, 600, 532, 602, 530, 596, 538, 598, 534, 600, 532, 602, 1638, 604, 1636, 594, 1646, 594, 1646, 594, 1644, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 534, 600, 532, 604, 530, 596, 1644, 598, 534, 600, 534, 602, 532, 594, 540, 596, 1644, 596, 1642, 598, 1642, 598, 534, 602, 1638, 602, 1638, 602, 1638, 604, 1636, 604}; // NEC FF10EF
  • uint16_t rawDataBigSmall[67] = {9034, 4466, 600, 532, 602, 530, 594, 538, 596, 538, 598, 534, 602, 532, 594, 566, 570, 564, 570, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 1642, 598, 536, 600, 532, 602, 1638, 604, 530, 594, 538, 598, 536, 600, 534, 602, 532, 594, 1646, 594, 1646, 594, 540, 596, 1644, 596, 1644, 596, 1644, 598, 1644, 596}; // NEC FF906F
  • uint16_t rawDataLight[67] = {9040, 4462, 594, 538, 596, 536, 598, 536, 600, 532, 602, 532, 604, 530, 596, 538, 596, 538, 598, 1644, 596, 1644, 598, 1644, 596, 1644, 596, 1646, 594, 1646, 594, 1648, 602, 1640, 602, 530, 594, 1648, 602, 532, 594, 1646, 594, 540, 596, 538, 598, 536, 600, 534, 600, 1640, 600, 532, 592, 1648, 602, 530, 594, 1648, 592, 1648, 592, 1648, 592, 1650, 602}; // NEC FF50AF
  • uint16_t rawDataLightOff[3] = {9042, 2220, 596}; // NEC (Repeat) FFFFFFFFFFFFFFFF

Posteriormente pasé a crear un código arduino que se suscribe a un topic MQTT específico con el que se interactúa con el difusor. La idea es crear en Home Assistant un objeto que implemente las funciones del mando a distancia, y mapear los comandos enviados desde Home Assistant a los códigos IR anteriores. En Home Assistant, basta con crear un objeto de tipo luz, que implemente las funciones anteriormente descritas:


light:
- platform: mqtt
schema: json
name: Oil Diffuser & Light
state_topic: "<topic>"
command_topic: "<topic>/set"
brightness: true
rgb: false
effect: true
effect_list: [intermittent,continuous,timing,big/small,stopLight,lightOff]

…lo que genera una entidad con el siguiente aspecto:

Entidad generada en Home Assistant

Entidad generada en Home Assistant

Posteriormente, es necesario crear en Arduino un código que sea capaz de suscribirse al topic definido en Home Assistant, y reacciones a la información JSON enviada por éste. En realidad, todos los casos posibles son bastante sencillos. El caso que más complejidad tiene es el correspondiente a la luz, ya que el mismo botón/código sirve para encender la luz LED (que siempre empieza en carrusel de colores) y para rotar entre los 16 colores disponibles. En mi caso opté por mapear el deslizador de brillo definido (sin hacer uso de la paleta cromática) para escoger entre las 16 opciones de iluminación, más el modo continuo. En mi caso, opté por lo siguiente:

  • En el caso de recibir “1″ como valor de brillo (valor mínimo): Apagar la luz LED
  • En el caso de recibir “255″ como valor de brillo (valor máximo): Encender en el primer modo, correspondiente a la rotación de colores
  • Para el resto de valores: Calcular en cuál de los 16 tramos de luz se encuentra el deslizador (dividiendo el valor por 16), enviar el código de apagado (que consiste en simular una pulsación continua del botón de control de la luz durante 2 segundos), enviar el código de luz para entrar en el modo de rotación de colores, enviar de nuevo el código para detener la rotación de colores, y posteriormente tantas veces el código de luz como el tramo en el que nos hallemos (ya que este es el funcionamiento del dispositivo).

Por último, es necesario cargar el código en un ESP8266, equipado con un emisor IR. Dado que el difusor de aceites que yo escogí dispone de abundante espacio, es bastante sencillo colocarlo. En mi caso, el difusor se alimenta con un transformador de 24v en continua, que no se puede utilizar directamente para alimentar al ESP8266. En mi caso, opté por utilizar un buck converter DC-DC de 24v a 3.3v, con lo que queda solventado el problema de la diferencia de voltaje. ¡Y listo! Con todo esto es posible controlar un difusor de aceites simple desde la domótica de la casa.

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25 ago 20 Adaptación a IoT de un robot de limpieza Dirt Devil e integración en Home Assistant

Estos días he estado juegueteando un poco con un viejo robot de limpieza doméstico del Lidl, un Dirt Devil. Es un robot de limpieza bastante básico, con algo ya de tiempo a sus espaldas. No dispone de ninguna capacidad de integración con sistemas de domótica, ni nada que se le parezca. Es más, ni siquiera tiene WiFi. Pero tiene algo interesante: su funcionamiento se basa en el uso de un chip etiquetado como RV285R, que controla toda una placa de circuitos integrados para realizar las funciones del robot: movimiento de los cepillos, ventilador de succión, detección de golpes, sensores de vacío para que no se caiga por escaleras… El caso es que buscando un poco por Internet, encontré un par de páginas sumamente interesantes sobre cómo reemplazar este chip por un sistema Arduino. Así que aprovechando que sigo de vacaciones, no podía menos que dedicar algo de tiempo al asunto.

De acuerdo a la información compartida por Paijmans, el chip RV285R trabaja a 5 voltios, por lo que es posible hacerlo funcionar directamente en dispositivos Arduino. Con un trabajo de ingeniería inversa, fue capaz de obtener la información de a qué se dedican los pines del chip:

rv285r-pinout

Yo he podido refinarlo un poco más, distinguiendo las funcionalidades de los pines:

  • P50: Led azul, o de encendido
  • P67: Detector de colisión (bumper)
  • P66: Zumbador interno
  • VDD: 5 voltios
  • P65: Nada
  • P64: Ventilador
  • P63: Nada (Etiquetado como Reset por el fabricante)
  • P51: Led rojo, o de indicación de batería baja
  • P52: Motor de rueda izquierda, funcionamiento hacia delante
  • P63: Motor de rueda izquierda, funcionamiento hacia atrás
  • VSS: Tierra
  • P60: Nada (aunque sospecho que es detector de depósito lleno del robot)
  • P61: Motor de rueda derecha, funcionamiento hacia delante
  • P62: Motor de rueda derecha, funcionamiento hacia atrás

Una vez identificados los elementos del chip, era hora de abrir el robot. Se puede apreciar el chip en la parte central de la placa:

IMG_20200824_103439438

Aunque en Paijmans indican que es posible puentear cada una de las patas del chip y conectarlas directamente al arduino (ya que éste tiene más fuerza en las señales que las que pasa el chip), en mi caso he optado por desoldarlo, y conectarle cables de prototipado. Aunque en un principio parecía una buena idea, al poner de nuevo las carcasas del robot, en mi caso saltaron un par de soldaduras de sus pistas, por lo que tuve que hacer trabajo extra de soldadura. Recomiendo soldar directamente al cable:

IMG_20200824_185905184

Una vez soldados los cables, el siguiente paso es el dispositivo Arduino. He optado por hacer uso de un Wemos D1 Mini Pro, de la familia de los ESP8266, ya que proporciona capacidades WiFi, y viene sin los bornes para los cables de prototipado, por lo que podía soldar directamente los cables para ahorrar espacio. Para la lógica del mismo me he basado en la creada por Conrad Vassallo (Converting a cheap Vacuum Robot into IoT) en su proyecto de domotización, ya que está preparado para integrar directamente en un sistema de domótica Home Assistant.

IMG_20200824_185913934_HDR

Algunos comentarios:

  • He tenido que hacer algunas modificaciones al trabajo de Conrad, ya que en el código que comparte faltaba la parte de conectar a la red WiFi el ESP8266. También he eliminado algunas librerías de las que no se hacía uso (EEPROM, Wire). Además he tenido que adaptar los valores de detección de batería baja (más en el siguiente punto) para que se amoldara a mi caso.
  • Conrad ha añadido al proyecto base una idea interesante: un detector de voltaje de la batería de 16v del robot. Usa para ello el pin A0 del ESP8266, que tiene capacidad para medir voltajes. Sin embargo, es necesario utilizar un conversor de voltaje para no quemar el disposito. Un simple divisor de voltaje con dos resistencias funcionará bien, y esta información estará disponible para Home Assistant.
  • Carga el código antes de soldar los pines provenientes de la placa. Una vez soldados, ya no es posible cargar código al Wemos a través del puerto microUSB, ya que el pin D4 mete ruido. En mi caso, tuve que desoldar. Para evitar este problema sería interesante añadir actualización OTA, pero me temo que eso quedará para una nueva versión.
pinout-wemos-mini-d1

Esquema de conexiones del D1 Mini Pro. Atención al uso del pin D4 para el envío de datos como puerto serie desde el Arduino IDE

Por último, queda la parte de Home Assistant. Con añadir el siguiente código a la configuración, el sistema estará preparado para interactuar con el robot:

vacuum:
- platform: mqtt
command_topic: "vacuum/command"
battery_level_topic: "vacuum/state"
battery_level_template: "{{ value_json.battery_level }}"
charging_topic: "vacuum/state"
charging_template: "{{ value_json.charging }}"
cleaning_topic: "vacuum/state"
cleaning_template: "{{ value_json.cleaning }}"
docked_topic: "vacuum/state"
docked_template: "{{ value_json.docked }}"
error_topic: "vacuum/state"
error_template: "{{ value_json.error }}"

El intercambio de información entre el robot y Home Assistant se realiza mediante MQTT. A continuación se puede ver una captura de los datos intercambiados:

mqtt-capture

¿Y el resultado? Espectacularmente bueno. Dejo un par de vídeos. El primero, con el robot aún abierto, y con una Victorinox haciendo de contrapeso, ya que si no, los sensores de vacío entran en funcionamiento:

…y el segundo, ya con las carcasas colocadas, y probando algunas funcionalidades adicionales, como la limpieza específica en un punto concreto:

Fuentes:

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25 ene 20 Integración de una estación meteorológica doméstica en el sistema de domótica

Estas Navidades me han regalado una estación meteorológica casera, de las que tienen capacidad para mostrar temperatura y humedad tanto en interior como en exterior, esto último mediante un módulo externo que se deja a la intemperie, y que transmite la información a la estación mediante señal de radio a 433 MHz. Aparte de por el regalo en sí, este tipo de estaciones me venía interesando desde hace bastante tiempo por el hecho de enviar la información utilizando la banda antes mencionada, de la que dispongo unos cuantos receptores. Así que en cuanto abrí el regalo supe que iba a invertir algo de tiempo en intentar integrar el sensor externo en mi sistema de domótica.

Mi nueva estación meteorológica

Mi nueva estación meteorológica

Tras investigar un poco sobre este tipo de estaciones, encontré que la mayoría de ellas hacen uso de protocolos de comunicación bien definidos y relativamente estandarizados, lo que hace que sea razonablemente sencillo encontrar información sobre las mismas, e incluso implementaciones de dichos protocolos para entornos linux o arduino. Dicho lo cual, empecé a hacer algunas pruebas de implementación de un sistema que permitiera recibir la información del emisor externo. Las primeras pruebas las hice con un receptor basado en arduino y un módulo 433 MHz, más la librería rc-switch que tan buenos resultados me había dado en el pasado. No fue este el caso, ya que al intentar capturar paquetes enviados por la estación el programa de captura de paquetes basados en esta librería producía un error de desbordamiento, siendo incapaz de recibir correctamente el datagrama. Hice algunas pruebas en bruto con otras librerías, entre las que se incluían algunas diseñadas específicamente para alguno de los protocolos de envío antes mencionados, con resultados igualmente infructuosos.

NodeMCU con receptor a 433 MHz y módulo externo de la estación

NodeMCU con receptor a 433 MHz y módulo externo de la estación

Ante ello, no me quedó más remedio que cambiar el enfoque. Tocaba acometer el problema desde una perspectiva más basica. Así que me tocó desempolvar un receptor RTL SDR que compré hace algún tiempo para un proyecto similar, e intentar hacer una captura del datagrama a nivel de onda enviada, e intentar decodificar la misma (tirando para ello de programas como Gqrx, audacity, y algo de tiempo. Sin embargo, tuve algo de suerte, y tras seguir investigando un poco más, encontré una referencia a un proyecto, rtl_433, que se dedica a decodificar el tráfico de dispositivos que envían información en esta banda.

Captura de pantalla de rtl_433 capturando tráfico

Captura de pantalla de rtl_433 capturando tráfico

Tras una instalación sencilla en mi equipo con Debian (apt install rtl_433), y tras conectar el receptor RTL SDR al mismo, tuve la suerte de que el programa tuviera perfectamente identificado el tipo de protocolo que mi estación estaba utilizando, en concreto el protocolo “Kedsum Temperature & Humidity Sensor, Pearl NC-7415″. Trasteando un poco con el programa, pude tener algo más de información sobre este protocolo, a saber:

Frame structure:
Byte: 0 1 2 3 4
Nibble: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Type: 00 IIIIIIII BBCC++++ ttttTTTT hhhhHHHH FFFFXXXX
- I: unique id. changes on powercycle
- B: Battery state 10 = Ok, 01 = weak, 00 = bad
- C: channel, 00 = ch1, 10=ch3
- + low temp nibble
- t: med temp nibble
- T: high temp nibble
- h: humidity low nibble
- H: humidity high nibble
- F: flags
- X: CRC-4 poly 0×3 init 0×0 xor last 4 bits

_Modulation = OOK_PULSE_PPM,
-Short_width = 2000,
-Long_width = 4000,
-Gap_limit = 4400,
-Reset_limit = 9400,

Bien, ya tenía identificado claramente el protocolo, y aquí puede verse una captura de la señal recibida:

root@asustinker:/etc/systemd/system# /usr/local/bin/rtl_433 -R 57
rtl_433 version 19.08-147-g639ab8a branch master at 202001210044 inputs file rtl_tcp RTL-SDR
Use -h for usage help and see https://triq.org/ for documentation.

Consider using “-M newmodel” to transition to new model keys. This will become the default someday.
A table of changes and discussion is at https://github.com/merbanan/rtl_433/pull/986.

Registered 1 out of 145 device decoding protocols [ 57 ]
Found Rafael Micro R820T tuner
Exact sample rate is: 250000.000414 Hz
[R82XX] PLL not locked!
Sample rate set to 250000 S/s.
Tuner gain set to Auto.
Tuned to 433.920MHz.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
time : 2020-01-25 15:24:00
model : Kedsum Temperature & Humidity Sensor ID : 226
Channel : 1 Battery : OK Flags2 : 129 Temperature: 60.20 F Humidity : 78 % Integrity : CRC
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Bien, esto me planteaba dos problemas: el primero es que la información recibida de temperatura estaba expresada en grados Fahrenheit, por lo que necesitaba hacer una conversión a Celsius. Y por otro lado, el poder transmitir esta información a mi plataforma de domótica, preferentemente a través de MQTT. Este segundo problema quedó solucionado mediante la capacidad del programa rtl_433 de encapsular la información en un JSON, que puede ser retransmitido posteriormente. En mi caso, lo hice mediante un servicio linux que lanza el programa rtl_433 con las opciones adecuadas (formato JSON, protocolo 57 -Kedsum-, e incrustando la hora UTC), que mediante un pipe es procesado por el cliente MQTT mosquitto y enviado a mi servidor MQTT, a un topic específico:

“/usr/local/bin/rtl_433 -R 57 -F json -M utc | /usr/bin/mosquitto_pub -l -h servidor_mqtt -t topic”

…donde posteriormente es procesado gracias a Node Red, en el que se hace la conversión a Celsius, se obtiene también la sensación térmica, y se inyecta la información resultante en formato JSON en un topic específico:

var data=JSON.parse(msg.payload);
//Datagram example: {“time” : “2020-01-22 19:27:58″, “model” : “Kedsum Temperature & Humidity Sensor”, “id” : 226, “channel” : 1, “battery” : “WEAK”, “flags” : 66, “temperature_F” : 54.600, “humidity” : 79, “mic” : “CRC”}
temp_value=((data.temperature_F-32)*5/9).toFixed(2);
humidity=data.humidity;

HI = 0.5*(data.temperature_F + 61.0 + ((data.temperature_F-68.0)*1.2) + (humidity*0.094))
HIc = (((HI)-32)*5/9).toFixed(2); // converting to Celsius

var thing = {
temp: temp_value,
humidity: humidity,
heatindex: HIc
};
msg.payload=thing;

return msg;

…y el resultado de todo esto fue un… ¡exito! Pasé a conectar el receptor RTL SDR a mi Asus Tinker Board donde tengo implementado el sistema de domótica, con excelentes resultados. El sistema, emplazado en la segunda planta de casa, es capaz de recibir las señales del receptor externo emplazado en el patio.

Asus Tinker Board con receptor RTL SDR

Asus Tinker Board con receptor RTL SDR

Por otro lado, quedaba la integración en el sistema de domótica Home Assistant. En este caso, se trataba de alto tan simple como crear los nuevos sensores en base a la suscripción al topic MQTT de salida definido en el flujo Node Red. El resultado, como no podía ser menos, fue perfecto:

Información mostrada en Home Assistant de la estación meteorológica

Información mostrada en Home Assistant de la estación meteorológica

Gráfica de la información histórica recibida

Gráfica de la información histórica recibida

Este artículo podría haber quedado aquí, pero no me encontraba completamente satisfecho con el resultado, ya que me daba la impresión de que utilizar el receptor RTL SDR solo para este propósito era matar moscas a cañonazos. Mi idea originaria era usar un ESP8266 junto con un módulo RF de 433 Mhz para recibir estas señales, y decodificarlas en el mismo, para inyectar la información directamente en el servidor MQTT, y no tener que dar tantos saltos (RTL SDR -> JSON -> MQTT -> Node Red -> MQTT). No tuve éxito en encontrar una codificación del protocolo bajo el nombre de Kedsum, pero sí la tuve con Pearl NC-7415. Encontré un hilo en un foro de Arduino en alemán, que hablaba precisamente de ello: Dekodieren Temperatursensor von PEARL NC7427(NC7415) 433MHz. Gracias, Google Translate. :mrgreen:

En este hilo pude encontrar alguien que había decodificado exitosamente el protocolo, y que compartía el código. Lo descargué y lo probé y… ¡funcionaba perfectamente! Solo tuve que hacer una modificación menor para realizar la conversión de Fahrenheit a Celsius, calcular la sensación térmica, e inyectarlo en el topic MQTT (el original no hacía nada de esto, se limitaba a mostrar la información por pantalla). Y de nuevo, éxito:

Información recibida en ESP8266 y RF, enviada a servidor MQTT

Información recibida en ESP8266 y RF, enviada a servidor MQTT

Sin embargo, esta vía tiene un problema: el receptor apenas es capaz de recibir la señal cuando se encuentra a unas pocas decenas de centímetros del emisor externo. Así que en la práctica ahora mismo es inusable. He probado con varios formatos de antena acoplados al módulo (173mm de largo, en hilo recto, en espiral…) con resultados bastante pobres. Tengo encargada en aliexpress una antena específica, pero aún tardará algunas semanas en llegar. Espero poder reportar mejoras una vez la reciba. :D

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03 jul 19 Hacking lab sobre Modbus TCP. Introducción

Esta entrada es la parte 1 de 4 de la serie Hacking Lab Modbus TCP

Por temas relacionados con un máster de ciberseguridad industrial que estoy cursando he tenido que preparar una serie de ejercicios para el mismo, entre los que se encuentra la realización de un hacking lab. La idea de un hacking lab es preparar un entorno controlado en el que poder hacer ataques a un sistema para aprender posibles vulnerabilidades, técnicas para desvelarlas, y herramientas que se pueden utilizar para ello, a fin de ser capaz en un futuro de proteger un entorno real con las lecciones aprendidas en el entorno de pruebas.

Para la realización de este hacking lab opté por preparar un escenario en el que se pudiera realizar un ataque a un entorno de control industrial que hiciera uso de comunicaciones basadas en Modbus sobre TCP. Modbus es un protocolo de comunicación industrial desarrollado en 1979, y que constituye un estándar de facto en los sistemas de producción industrial. El objetivo general es perturbar el funcionamiento de un sistema de iluminación LED cuyo sistema de control está implementado empleando Modbus sobre TCP. El mismo consta de los siguientes elementos:

  • Una red plana que simula una red de control industrial. En este caso es una red del rango 192.168.0.0/24. Si bien en un caso real sería una red cableada, para este escenario de prueba es una red mixta cableada y WiFi, con un enrutador proporcionando conectividad a los distintos elementos de la misma.
  • Un PLC que actúa como Master Modbus, y que permite controlar, mediante el uso de tres bobinas (coils), el encendido y apagado de un sistema de iluminación LED de colores rojo, verde y azul. Este PLC, al no tener disponible ningún dispositivo real disponible, se simula mediante el aplicativo Node-RED de IBM con una librería Modbus desarrollada al efecto. Este PLC (virtual) tiene la IP 192.168.0.39, y escucha en el puerto 1502 (por razones de privilegios en el dispositivo, no se ha hecho uso del puerto estándar 502/TCP de Modbus).
  • Un actuador físico como Slave Modbus, que en base a las lecturas que realiza de los valores de las bobinas del Master Modbus, enciende y apaga los LEDs del sistema de iluminación. Este actuador físico se ha implementado con un dispositivo ESP8266 programado mediante Arduino IDE y librerías específicas. Las comunicaciones con el Master Modbus se realizan mediante protocolo Modbus sobre TCP. El actuador tiene la IP 192.168.0.34.
  • Un HMI de control de las luces, que permite controlar el encendido y apagado de las mismas mediante una aplicación web tipo SCADA. Este HMI se ha desarrollado mediante el aplicativo Node-RED de IBM y las librerías gráficas para desplegar cuadros de mando, así como una librería MODBUS desarrollada al efecto. EL HMI tiene la IP 192.168.0.31.
  • Un dispositivo atacante, que tiene como objeto descubrir sistemas Modbus en la red desplegada, e interferir los valores normales de operación de los mismos. Este dispositivo es una Raspberry Pi con Kali Linux instalado, teniendo la IP 192.168.0.99.

El siguiente diagrama de red muestra el sistema desarrollado:

Diagrama de la red

Diagrama de la red

En siguientes artículos iré dando mayor detalle de los dispositivos del entorno, así como de los pasos dados en el hacking lab, además de las conclusiones obtenidas de la puesta en marcha del mismo.

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