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实战案例：如何从零还原一个未知USB设备的真实功能？

你有没有遇到过这种情况——在一次安全巡检中，某台主机上突然多出一个“未知设备”，系统日志里只写着VID:PID = 1D6B:0104，设备管理器显示“未识别的USB设备”。它到底是个U盘？键盘？还是某种伪装成外设的恶意硬件？

在企业终端管控、工控系统防护甚至数字取证现场，这类问题并不少见。而传统的处理方式——查驱动、看图标、重启拔插——早已无法应对如今高度隐蔽的BadUSB攻击或复合型多功能设备。

今天，我们就来拆解一套真正能“看穿”USB设备本质的技术方法。不依赖厂商标签，不靠操作系统提示，而是直接深入协议层，从设备描述符结构和通信行为模式两个维度，还原它的原始身份。

一、别再被“未知设备”四个字糊弄了

USB之所以成为现代计算平台最通用的接口，正是因为它“即插即用”的特性。但这个优点，恰恰也是安全隐患的温床。

当你插入一个USB设备时，Windows不会立刻知道它是键盘还是硬盘，而是通过一个叫枚举（Enumeration）的过程，向设备发起一系列标准请求，获取它的“身份证信息”——也就是我们常说的USB描述符。

这些描述符就像设备的简历：
- 姓名（产品名）
- 公司（制造商）
- 职业（功能类别）
- 工作方式（端点配置）

但问题是：这份简历可以造假。

有些恶意设备会把自己伪装成HID（人机接口设备），比如键盘，从而绕过权限限制自动执行命令；有的则使用自定义类代码（bDeviceClass=0xFF），完全隐藏真实用途。

所以，真正的识别，必须跳过操作系统的“翻译层”，直接读取原始描述符，并结合实际通信行为进行交叉验证。

二、五种描述符，构建设备的完整画像

USB协议规定了五种核心描述符，它们按顺序被主机读取，共同构成设备的身份图谱：

这五个结构层层嵌套，就像俄罗斯套娃。只有全部解析清楚，才能看清设备全貌。

关键突破口：类代码（bDeviceClass / bInterfaceClass）

最值得关注的是bDeviceClass字段，它是判断设备功能的第一道线索：

📌 特别注意：如果看到bDeviceClass=0xFF，基本可以断定这不是一个标准外设。它可能是一个运行自定义固件的攻击装置，比如基于Digispark或Teensy的BadUSB。

更狡猾的做法是：设备宣称自己是HID（bInterfaceClass=0x03），但实际上并不发送任何按键数据，反而在后台偷偷回传敏感信息。这时候，光看类代码就不够了，得继续往下挖。

三、VID/PID + 字符串描述符：真伪验证的关键拼图

每个合法USB设备都应拥有唯一的VID（Vendor ID） / PID（Product ID）组合。

• VID由USB-IF官方分配，例如：
• 0x046D→ Logitech
• 0x05AC→ Apple
• 0x0781→ SanDisk
• PID由厂商自行定义，代表具体型号

你可以通过公开数据库 pid.codes 查询某个VID是否注册，以及其对应的产品列表。

但如果一个设备声称自己是“Apple Keyboard”，VID却是0x1234（未注册），那显然有问题。

同样的道理也适用于字符串描述符：
-iManufacturer：制造商名称
-iProduct：产品名称
-iSerialNumber：序列号

这些字段虽然可被任意修改，但在正规设备中通常保持一致性。一旦出现“SanDisk U盘”配上“Generic Flash”这样的矛盾组合，就要警惕了。

四、端点配置：窥探设备的真实工作模式

如果说类代码告诉你“它说自己是什么”，那么端点配置就能告诉你“它实际上怎么干活”。

每个端点都有两个关键属性：
-方向：IN（设备→主机）或 OUT（主机→设备）
-传输类型：
- 控制传输（Control）：用于命令交互
- 批量传输（Bulk）：高可靠性，适合大文件传输（MSC）
- 中断传输（Interrupt）：低延迟上报，典型用于HID输入
- 等时传输（Isochronous）：实时流媒体，无重传机制（音频/视频）

举个例子：

一个设备有如下端点配置： - EP1 IN: 中断传输，bInterval=1ms - EP2 OUT: 批量传输 - EP3 IN: 批量传输

这意味着什么？

• 中断IN端点 + 快速轮询（1ms）→ 很可能是高性能鼠标
• 一对批量端点 → 可能同时具备存储功能

这是一个典型的复合设备（Composite Device）：既是HID又是MSC。现实中很多带快捷键的U盘就是这样设计的。

但如果这个设备的报告描述符（HID Report Descriptor）非常简单，却以1ms频率持续上传大量数据，那就很可疑了——正常鼠标不会这么干，除非它正在利用HID通道建立隐蔽通信隧道。

五、动手实战：用libusb读取真实设备信息

下面这段C代码，使用libusb库连接目标设备并打印关键描述符字段。你可以把它编译成一个小工具，在Linux或Windows（配合Zadig）环境中运行。

#include <libusb-1.0/libusb.h> #include <stdio.h> void print_device_info(libusb_device_handle *handle) { struct libusb_device_descriptor desc; int r = libusb_get_device_descriptor(handle, &desc); if (r < 0) { fprintf(stderr, "无法获取设备描述符: %s\n", libusb_error_name(r)); return; } printf("VID:PID = %04X:%04X\n", desc.idVendor, desc.idProduct); printf("设备类: 0x%02X | 子类: 0x%02X | 协议: 0x%02X\n", desc.bDeviceClass, desc.bDeviceSubClass, desc.bDeviceProtocol); char buf[256]; if (libusb_get_string_descriptor_ascii(handle, desc.iManufacturer, (unsigned char*)buf, sizeof(buf)) > 0) printf("制造商: %s\n", buf); if (libusb_get_string_descriptor_ascii(handle, desc.iProduct, (unsigned char*)buf, sizeof(buf)) > 0) printf("产品名: %s\n", buf); if (libusb_get_string_descriptor_ascii(handle, desc.iSerialNumber, (unsigned char*)buf, sizeof(buf)) > 0) printf("序列号: %s\n", buf); }

运行结果示例：

VID:PID = 2341:0043 设备类: 0x02 | 子类: 0x00 | 协议: 0x00 制造商: Arduino LLC 产品名: Arduino Uno

看到bDeviceClass=0x02，就知道这是个CDC类设备——本质上是一个虚拟串口。即使系统没装驱动，你也已经知道了它的底细。

六、动态行为分析：让伪装无所遁形

静态描述符只能告诉你“它想让你以为它是谁”，而真正的杀手锏在于动态通信行为分析。

我们可以借助以下工具捕获设备运行时的数据流：
- Linux：启用usbmon模块，抓取/dev/usbmonX
- Windows：使用 USBPcap + Wireshark
- 硬件级：Total Phase Beagle USB Analyzer（专业级）

然后观察几个关键指标：

1. 轮询间隔（bInterval）是否合理？

• 正常键盘：bInterval=10ms
• 游戏鼠标：可达1ms
• 若一个“键盘”以1ms频率不断上传64字节数据包，且内容无规律 → 极可能在传输加密载荷

2. 控制请求是否有异常？

某些恶意设备会滥用SETUP请求作为命令通道，例如：
- 自定义bRequest编码触发后门功能
- 利用wValue参数传递密钥或偏移量

这类操作违反USB规范，属于典型的异常行为。

3. 数据负载是否符合协议？

• MSC设备应响应 SCSI 命令（如INQUIRY,READ(10)）
• CDC设备应在数据端点上传输PPP帧或AT指令
• 如果U盘从不读取分区表，也不执行文件系统操作，反而频繁写入小块随机数据 → 很可能不是真存储设备

七、实战应用场景：不只是“识别”，更是“防御”

这套方法不仅适用于技术排查，更能融入到实际的安全体系中：

场景1：企业终端准入控制

部署轻量代理程序，设备接入时自动采集VID/PID、类代码、端点数量等特征哈希，上传至中心策略引擎。若发现bDeviceClass=0xFF或非注册VID，立即阻断并告警。

场景2：工业控制系统（ICS）审计

在PLC、HMI等关键节点禁用所有非必要的USB类设备。只允许白名单内的设备接入（如特定型号的调试器），其余一律拦截。

场景3：数字取证与红队演练

分析可疑U盘的枚举行为和通信流量，判断其是否为BadUSB设备。结合Wireshark中的URB记录，还原攻击脚本的注入过程。

八、设计建议：构建你的USB识别系统

如果你打算将这一能力产品化，推荐采用如下分层架构：

物理层 → 抓包层 → 解析层 → 规则引擎 → 决策输出

• 物理层：使用树莓派+USB集线器搭建隔离分析节点，避免宿主中毒
• 抓包层：Linux下启用modprobe usbmon，捕获原始数据流
• 解析层：解析描述符结构，提取特征向量（类代码、端点数、字符串长度等）
• 规则引擎：内置匹配规则，例如：
• “HID设备 + 中断IN端点 + 报告描述符存在” → 输入设备
• “双批量端点 + SCSI命令流” → 存储设备
• “自定义类 + 加密负载 + 高频传输” → 高危标记
• 决策输出：生成风险等级报告，支持联动防火墙或EDR系统

此外还需考虑：
- 支持USB 2.0/3.0等多种速率
- 定期更新本地指纹库（参考VirusTotal、MalwareUSB项目）
- 对大规模部署做性能优化，仅上传特征摘要而非完整抓包

最后一点思考：未来的设备识别会走向智能化吗？

目前的方法仍依赖人工经验制定规则。但对于新型变种设备（如伪装成充电宝的无线透传模块），规则可能失效。

下一步的方向是引入机器学习：将设备的描述符结构、端点配置、通信时序等转化为特征向量，训练分类模型，实现对未知设备的自动聚类与预测。

想象一下，未来你插入一个设备，系统不仅能告诉你“这像一个键盘”，还能补充一句：“但它不像任何已知品牌，行为模式与Teensy LC高度相似，建议隔离检查。”

技术的本质，就是在信任与怀疑之间，找到那条通往真相的路径。

如果你也在做类似的安全研究或嵌入式开发，欢迎在评论区分享你的经验和挑战。我们一起，把每一个“未知设备”，变成“已知威胁”。