Power-One通信電源監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議破解

摘要 根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層通信協(xié)議的一般格式，對(duì)串口監(jiān)聽工具截取的Power-One通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中的通信信息進(jìn)行了邏輯推理和分析，破解了其通信協(xié)議的格式和各種通信命令。實(shí)驗(yàn)表明，破解結(jié)果正確無(wú)誤。對(duì)于通信電源分布式監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，具有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞 通信電源；監(jiān)控系統(tǒng)；通信協(xié)議；解析；Power-One；PowCom

通信電源通常被稱為通信系統(tǒng)的心臟，其工作不正常，將造成通信系統(tǒng)故障，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。因此，為保證整個(gè)通信系統(tǒng)的暢通，節(jié)約人力成本和能源損耗，通信電源監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。通信電源監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)分布的通信電源設(shè)備和空調(diào)機(jī)房進(jìn)行遙測(cè)、遙信和遙控，能實(shí)時(shí)監(jiān)視和顯示其運(yùn)行參數(shù)，并自動(dòng)監(jiān)測(cè)和處理系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備的故障。
鑒于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)工作較早且產(chǎn)品成熟，我國(guó)相關(guān)研究工作通常是先借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，然后研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)。其中，最關(guān)鍵的問題就是通信協(xié)議的破解。一般的破解思路是通過不斷試探，截獲通信信息，分析其規(guī)律性，進(jìn)而推測(cè)得到通信協(xié)議，然后按此協(xié)議發(fā)送指令進(jìn)行驗(yàn)證。這種方法具有一定的盲目性，工作量較大，而且具有一定的局限性。
文中在破解美國(guó)Power-One通信電源監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，以數(shù)據(jù)鏈路層通信協(xié)議的一般格式為指導(dǎo)，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)生成的各種文件，通過合理的邏輯推理和分析，破解通信規(guī)約和通信命令，并利用破解的通信命令直接對(duì)電源系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控，實(shí)際驗(yàn)證其正確性。這種方法，準(zhǔn)確性高、通用性強(qiáng)，而且節(jié)省時(shí)間和精力。

1 通信協(xié)議解析
1．1 解析思路
通信協(xié)議(Communication Protoco1)是兩個(gè)實(shí)體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。協(xié)議定義了數(shù)據(jù)單元使用的格式，信息單元應(yīng)該包含的信息與含義，連接方式，信息發(fā)送和接收的時(shí)序，從而確保網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)順利地傳送到確定的地方。以下對(duì)Power-One通信電源監(jiān)控系統(tǒng)所采用的通信協(xié)議進(jìn)行破解。
PowCom是一個(gè)基于Windows的通信軟件，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)Power-One的AC／DC電源變換系統(tǒng)的監(jiān)控。破解時(shí)，運(yùn)行上位機(jī)軟件PowCom，并利用串口監(jiān)聽工具，截獲Power-One通信電源監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)(PC)與下位機(jī)(即電源控制模塊PCU)之間的通信信息，即捕獲下行(PC→PCU)和上行(PCU→PC)數(shù)據(jù)幀。對(duì)于截獲的上下行數(shù)據(jù)幀，首先根據(jù)高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC幀結(jié)構(gòu)如圖1所示，推理出對(duì)通信協(xié)議的格式和各種功能命令；然后根據(jù)菜單界面和監(jiān)控系統(tǒng)生成的各種文件，如配置文件(．pcg)、參數(shù)文件(．prm)、測(cè)試文件(．tst)和告警歷史文件等，推理出各種功能命令中數(shù)據(jù)字段的格式。

1．2 協(xié)議破解
基于上述思路，就可以進(jìn)行具體的解析。
首先，將Power-One通信電源監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)(PC)通過串口Com1與PCU相連，運(yùn)行上位機(jī)軟件PowCom，選擇通信(Communication)菜單下的菜單項(xiàng)端口設(shè)置(Port Setup)，選擇COM1口，波特率9 600 bit·s-1，如圖2所示，然后選擇該菜單下的菜單項(xiàng)Direct直接通信(Communicat ion)實(shí)現(xiàn)與PCU連接如圖3所示。注意，通信采用10 bit異步方式：起始位1 bit，數(shù)據(jù)位8 bit，停止位1bil，無(wú)校驗(yàn)，波特率9 600 bit·s-1，必須與PCU設(shè)置相同。

依次選擇PowCom各個(gè)菜單下的各種監(jiān)控功能，包括通信(Communication)，如圖3所示；監(jiān)控(Supervision)，如圖4所示；使用工具(Uti lities)，如圖5所示，菜單下的各種監(jiān)控功能。參照?qǐng)D1的一般格式，分析用SUDT SerialTrace Monitor截獲的上下行數(shù)據(jù)幀，推斷通信協(xié)議的格式如下：每個(gè)數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)Byte均為FFH，由此推斷為標(biāo)志字段。最后一個(gè)Byte可能是校驗(yàn)和字段，經(jīng)過計(jì)算，它是幀中其他字段的校驗(yàn)和。第2個(gè)Byte很顯然是幀長(zhǎng)字段。第3和第4個(gè)Byte在上下行數(shù)據(jù)幀中數(shù)值總是顛倒，初步推斷為發(fā)送地址字段和接收地址字段，選擇對(duì)不同整流模塊進(jìn)行監(jiān)控操作，證明了上述推斷，其中，上位機(jī)的地址始終為00H，下行接收地址為整流模塊的地址。第5個(gè)Byte在下行數(shù)據(jù)幀時(shí)為01H，而在上行數(shù)據(jù)幀時(shí)為00H，推斷為應(yīng)答字段，即00H表示無(wú)須應(yīng)答；01H表示必須應(yīng)答。第6個(gè)Byte始終為01H，可能是結(jié)構(gòu)控制字段。第7個(gè)Byte對(duì)每個(gè)監(jiān)控功能而言都是惟一的，而在每對(duì)上下行數(shù)據(jù)幀中相同，故此推斷為功能碼或命令字字段。最后，第7個(gè)Byte與最后一個(gè)Byte之間的部分顯然為數(shù)據(jù)字段，其長(zhǎng)度為(幀長(zhǎng)-8)。