Integrantes do grupo

Nome	Matrícula
Gabriel Pessoa Zaranza	190107243
Lucas Medeiros Rosa	170039803
Nicolas Roberto de Queiroz	200042360

Flipper Zero

O Flipper Zero é um dispositivo portátil e multifuncional desenvolvido para profissionais de segurança e entusiastas da eletrônica, ideal para testes e exploração de sistemas de comunicação e segurança. Com suporte a tecnologias como RFID, NFC, infravermelho, Sub-GHz, Bluetooth e GPIO, ele permite interagir e manipular diversos tipos de dispositivos, desde cartões de acesso a sistemas de controle remoto. Focado no segmento de segurança cibernética e pesquisa de vulnerabilidades, o Flipper Zero é uma ferramenta essencial para aprendizado, experimentação prática e análise de falhas em dispositivos e redes.

Listagem de características

Unidade de Processamento:
- Tipo de Unidade: Microcontrolador (MCU)
- Modelo: STM32WB55RG
- Fabricante: STMicroelectronics
- Arquitetura:
  - Application Processor (Processador de Aplicação): ARM Cortex-M4, arquitetura de 32 bits.
  - Radio Processor (Processador de Rádio): ARM Cortex-M0+, arquitetura de 32 bits.
- Frequência de Clock:
  - Application Processor (ARM Cortex-M4): 64 MHz.
    - Esse processador principal é responsável por executar as tarefas de aplicação, proporcionando bom desempenho para tarefas de controle e processamento de dados.
  - Radio Processor (ARM Cortex-M0+): 32 MHz.
    - Esse processador secundário é projetado para realizar operações de rádio e comunicação, mantendo baixo consumo de energia para tarefas de comunicação sem fio.
- Capacidades de Comunicação Sem Fio (Rádio):
  - Bluetooth Low Energy (BLE): Compatível com Bluetooth LE 5.4, adequado para comunicações de baixa energia e alto desempenho.
  - 802.15.4: Suporta redes de baixa energia, como Zigbee, muito usadas em redes de sensores e dispositivos IoT.
  - Modos Proprietários: Capaz de suportar protocolos de rádio personalizados, permitindo flexibilidade para aplicações específicas.
- Referência: Microcontroller unit reference
Memória:
- Flash: 1024 KB (1 MB), que é memória não-volátil usada para armazenar o firmware e dados essenciais do sistema. Esta memória é compartilhada entre o processador de aplicação e o processador de rádio.
- SRAM: 256 KB, memória volátil que armazena dados temporários durante a execução das operações. Essa memória também é compartilhada entre os dois processadores, garantindo desempenho adequado para as tarefas.
- EEPROM: não possui;
- Referência: Microcontroller unit reference
Sistema Operacional:
- FreeRTOS: É um sistema operacional em tempo real que gerencia tarefas essenciais, especialmente aquelas que exigem precisão e respostas rápidas, como captura e replicação de sinais de comunicação. Ele permite que o dispositivo execute várias tarefas simultaneamente com eficiência energética, priorizando processos críticos e otimizando o uso de recursos. O FreeRTOS também é modular, facilitando a integração de novas funcionalidades e garantindo o controle direto dos componentes de hardware do Flipper Zero.
- Referência: Flipper_Zero Wikipedia
Sensores e Atuadores:
- Sensores:
  - Receptor Infravermelho: Permite ao Flipper Zero receber sinais infravermelhos de controles remotos e outros dispositivos IR.
  - Leitor RFID: Sensor capar de ler e armazenar informações RFID como tags, cartões e pulseiras.
  - Leitor NFC: Esse sensor dá ao Flipper Zero a capacidade de ler os dados em dispositivos NFC, como cartões de crédito.
    - Transceiver: ST25R3916
    - Frequência: 13,56 MHz
  - Receptor Sub-1 GHz: Receptor de ondar de rádio em frequência entre 300-928 MHz.
    - Transceiver: CC1101
  - iButton 1-Wire: Interface capaz de ler e escrever dados em dispositivos iButton
- Atuadores:
  - Transmissor Infravermelho: Envia sinais infravermelhos para controlar dispositivos como TVs e aparelhos de ar-condicionado.
  - Emulador RFID: Emula cartões RFID na frequência de 125 kHz.
  - Emulador NFC: Emula tags e dispositivos NFC.
  - Transmissor Sub-1 GHz: Transmite sinais em frequências sub-1 GHz para emulação ou controle de dispositivos sem fio.
  - Tela LCD: Display monocromático de 1,4 polegadas para exibição de informações e interações com o usuário.
  - Buzzer: Fornece feedback sonoro para alertas e notificações.
  - Motor de vibração: Fornece feedback tátil para o usuário.
- Conexão com a MCU/MPU:
  - Saídas GPIO: Controla dispositivos externos conectados através dos pinos de Entrada/Saída de Propósito Geral.
  - Bluetooth LE 5.4: Possibilita a conexão com outros dispositivos IoT.
- Referência: Flipper Zero tech specs
Interfaces de Comunicação com fio:
- O Flipper Zero pode ser utilizado como um conversor de USB para UART/SPI/I2C.
- SPI:
  - Utilizada pelo MicroSD e pelo display LCD.
  - Acessível nos pinos 2 (SPI1.MOSI), 3 (SPI1.MISO), 4 (SPI1.CS), 5 (SPI1.SCK), 6 (SPI1.CS).
- UART:
  - Possui dois pinos da GPIO exclusivos para essa interface, pino 13 (Transmit) e pino 14 (Receive).
- I2C:
  - Utilizada pelo módulo NFC;
  - Acessível nos pinos 2 (I2C3.SCL), 6(I2C3.SMBA), 15 (I2C3.SDA), 16 (I2C3.SCL)
- Referência: Flipper Zero tech specs
Interfaces de Comunicação sem fio:
- Bluetooth LE 5.4:
  - Modelo Low Energy (LE) para maior eficiência energética;
  - Utilizada para a interação com computadores, celulares e dispositivos IoT;
  - Potência de transmissão: +4 dBm;
  - Sensibilidade de recepção: -96 dBm;
  - Taxa de transmissão: 2 Mbps.
- NFC:
  - Transceiver: STMicroelectronics modelo ST25R3916;
  - Frequência: 13,56 MHz;
  - Cartões suportados:
    - ISO-14443A/B;
    - NXP MIFARE Classic®, Ultralight®, DESFire®, etc.;
    - FeliCa™;
    - HID iClass (Picopass);
    - NFC Forum protocols.
- Referência: Flipper Zero tech specs
Unidades de Entrada/Saída (I/O):
- GPIO:
  - O Flipper Zero possui 18 pinos, sendo de fonte de energia ou I/O para módulos externos;
  - Em relação à fornecimento de energia, o pino 1 fornece +5 Volts e o pino 9 fornece +3.3 Volts, ambos com a corrente máxima de 1.2 A;
  - Os pinos 8, 11 e 18 são reservados para o ground;
  - Os demais pinos são utilizados como I/O para conectar módulos externos aos pinos I/O do microcontrolador STM32WB55 do Flipper Zero;
  - Referência: Flipper Zero GPIO specs
Fonte de Energia e Sistema de Alimentação:
- Tipo:
  - O Flipper Zero utiliza uma bateria Li-Po (Lithium Polymer), com capacidade de 2100 mAh, ideal para dispositivos portáteis devido à densidade energética e durabilidade.
- Gerenciamento de Energia (PMIC):
  - O dispositivo possui um sistema integrado para controle eficiente de energia, regulando o fornecimento para os componentes e otimizando o consumo, garantindo maior duração da bateria (até 28 dias em stand-by).
  - Power-On Reset POR: Garante a inicialização segura quando o dispositivo é energizado.
  - Brown-Out Reset BOR: Detecta quedas de tensão abaixo do limite seguro e reinicia automaticamente o sistema.
  - Voltage Scaling (Dois Modos):
    - Modo 1 (Performance): Fornece potência máxima para executar tarefas de alto desempenho.
    - Modo 2 (Low Power): Reduz o consumo de energia ao mínimo, ideal para modos stand-by ou tarefas leves.
- Backup de Energia:
  - Não possui uma bateria dedicada para backup de longo prazo.
- Circuitos de Reset:
  - Independent Watchdog (IWDG): Reinicia o sistema automaticamente caso o firmware trave ou deixe de responder.
  - Window Watchdog (WWDG): Monitora o tempo de execução de tarefas críticas, garantindo que não ultrapassem limites predefinidos.
  - Reset Manual, o dispositivo possui um botão de reset físico integrado à placa para recuperação manual em situações de travamento
- Supervisores de Energia: Sistemas de monitoramento verificam a voltagem da bateria e ativam o reset automático caso ocorram quedas críticas, evitando falhas operacionais.
- Power Supply (Fonte de Alimentação):
  - Opera com uma faixa de alimentação de 1,71V a 3,6V. Possui modos de economia de energia, como Sleep e Stop, para reduzir o consumo em aplicações portáteis como o Flipper Zero.
- Referência: Flipper Zero tech specs, Microprocessors STM32WB55 e Flipper Zero Power
Firmware e Atualizações:
- Firmware:
  - Utiliza um firmware baseado em FreeRTOS (um sistema operacional em tempo real) para gerenciar a execução de tarefas e a comunicação com os diversos módulos e sensores (Bluetooth, NFC, RFID, Sub-GHz, etc.). O firmware é desenvolvido de forma open-source, permitindo que a comunidade contribua com melhorias e personalizações.
- Atualizações Over-the-Air (OTA):
  - O Flipper Zero suporta atualizações OTA via Bluetooth LE, utilizando o aplicativo qFlipper em Windows, macOS, ou Linux.
  - O processo permite atualizar o firmware remotamente, garantindo novos recursos, correções de bugs e melhorias de segurança sem necessidade de conexão física.
- Referência: Flipper Zero Firmware
Unidade de Proteção e Segurança:
- Criptografia:
  - O STM32WB55RG do Flipper Zero possui suporte a hardware de criptografia integrado, como o 256-bit AES/PKA e True Random Number Generator (TRNG).
- Hardware Security Module (HSM):
  - O microcontrolador inclui recursos dedicados para o armazenamento seguro de chaves de criptografia e credenciais, protegendo-as contra acesso não autorizado ou ataques físicos.
- Outras Características de Segurança:
  - O U2F é um padrão de autenticação que adiciona segurança ao login. O Flipper Zero atua como uma chave física USB, usada junto com a senha para validar acessos, protegendo contra phishing e roubo de credenciais.
  - Controle de Acesso e Proteções contra Invasões: O STM32WB55RG, usado no Flipper Zero, suporta proteção de setores de memória (PCROP) para restringir operações de leitura e escrita, além de criptografia AES-256 e gerenciamento seguro de chaves. Esses recursos são úteis para controlar acesso e proteger contra manipulações não autorizadas.
  - TLS e Comunicação Segura: O suporte para criptografia AES e geradores de números aleatórios verdadeiros (TRNG) possibilita comunicações seguras via Bluetooth e durante atualizações OTA, fornecendo uma base robusta para o uso de protocolos como TLS.
  - Hardware para Segurança: Recursos como o Public Key Accelerator (PKA) e gerenciamento seguro de firmware com autenticação (SFI) reforçam a integridade do sistema contra ataques físicos e digitais, garantindo que apenas firmware autenticado seja carregado no dispositivo.
- Referência: Microprocessors STM32WB Series, Microprocessors STM32WB55, Microprocessors STM32WB Rev e Flipper Zero U2F
Armazenamento Externo:
- Tipo: MicroSD card;
- Capacidade máxima: até 256 GB;
- Capacidade recomendada: 2-32 GB;
- Tipo de interface: SPI;
- Velocidade de escrita/leitura: até 5 Mbps;
- Referência: Flipper Zero GPIO specs
Interface com o Usuário (UI):
- Tela:
  - Tipo: Monochrome LCD;
  - Resolução: 128x64 pixels;
  - Controlador: ST7567;
  - Interface: SPI;
  - Tamanho em Diagonal 1.4“;
- Botões e conectores:
  - Led de status;
  - 5 botões direcionais;
  - 1 botão de voltar;
  - Uma entrada tipo USB-C;
  - Lanyard loop;
  - Entrada para cartão MicroSD;
  - Pinos GPIO;
  - Transceptor de infravermelho;
  - Pinos de contato com mola;
- Referência: Flipper Zero GPIO specs

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HcM-FreeRTOS: Hardware-centric FreeRTOS for ARM Multicore

O trabalho aborda o desenvolvimento do HcM-FreeRTOS, uma versão multicore e centrada em hardware do FreeRTOS para a arquitetura ARM Cortex-A9, que propõe soluções para os desafios enfrentados por sistemas operacionais de tempo real (RTOSes) em sistemas embarcados multicore.

Em sistemas multicore, RTOSes enfrentam dois problemas críticos:

Inversão de prioridade entre threads e interrupções: Threads gerenciadas pelo software (kernel) e interrupções controladas pelo hardware têm espaços de prioridade separados, o que pode levar a atrasos imprevisíveis na execução de tarefas críticas.
Sincronização em software: O acesso concorrente a recursos compartilhados do kernel exige pontos de sincronização em software, introduzindo indeterminismo e overhead no sistema.

Esses problemas comprometem o desempenho, a previsibilidade e a eficiência, fatores cruciais para sistemas embarcados de tempo real, como automação industrial, IoT e veículos autônomos. O HcM-FreeRTOS explora o ARM Generic Interrupt Controller (GIC) para delegar serviços críticos do kernel, como agendamento e sincronização, ao hardware. Isso resulta em:

Unificação do espaço de prioridade: Threads e interrupções são gerenciadas sob a mesma hierarquia de prioridade.
Eliminação de pontos de sincronização em software: O GIC gerencia recursos compartilhados, reduzindo o overhead e garantindo maior determinismo.

Performance Evaluation of Attribute-Based Encryption in Automotive Embedded Platform for Secure Software Over-The-Air Update

Este artigo explora a aplicação de criptografia baseada em atributos (ABE) para melhorar a segurança de atualizações Over-the-air (OTA) em plataformas automotivas, tema que ganha destaque à medida que veículos modernos se tornam mais conectados e dependentes de sistemas de software. As atualizações OTA são essenciais para corrigir vulnerabilidades, introduzir novas funcionalidades e manter o desempenho ideal dos veículos, mas, ao mesmo tempo, aumentam os desafios relacionados à segurança dos dados.

Esses desafios estão relacionados à:

Exposição à interceptação e manipulação de dados: Gateways automotivos conectados à internet são mais vulneráveis a ataques, permitindo que adversários capturem ou modifiquem atualizações.
Falta de confidencialidade em dados em repouso: Mesmo com canais seguros, dados armazenados em servidores ou gateways podem ser acessados por terceiros não confiáveis.

Ao decorrer do artigo conclui-se que a utilização de uma criptografia baseada em atributos contribui para o aumento da confidencialidade dos arquivos de atualização sem comprometer de maneira significativa o desempenho.

Design and Implementation of an Atrial Fibrillation Detection Algorithm on the ARM Cortex-M4 Microcontroller

O artigo citado apresenta o desenvolvimento de um algoritmo para a detecção de fibrilação atrial implementado em um microcontrolador ARM Cortex-M4. A fibrilação atrial é uma condição cardíaca comumente associada a um aumento significativo no risco de acidente vascular cerebral e insuficiência cardíaca. A detecção precoce e precisa dessa condição é crucial para a intervenção médica oportuna e a melhoria dos resultados dos pacientes.

O estudo detalha a concepção de um algoritmo eficiente para identificar episódios de fibrilação em sinais de eletrocardiograma. A implementação no microcontrolador ARM Cortex-M4 visa equilibrar precisão na detecção com baixo consumo de energia, tornando-o adequado para dispositivos médicos portáteis e sistemas de monitoramento contínuo. Os resultados demonstram que o algoritmo alcança alta precisão na detecção de fibrilação, mantendo a eficiência energética necessária para aplicações em sistemas embarcados.

A relevância deste trabalho para sistemas embarcados é significativa, pois aborda a integração de algoritmos complexos de processamento de sinais em hardware com recursos limitados, sem comprometer o desempenho ou a precisão. Isso é particularmente importante em dispositivos médicos portáteis, onde a eficiência energética e a confiabilidade são cruciais. A abordagem apresentada pode ser aplicada a uma variedade de sistemas embarcados que requerem processamento de sinais em tempo real, destacando a importância de soluções de software otimizadas para hardware específico.

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Referências Bibliográficas

Flipper Devices. Flipper Zero Tech Specs. Acessado em 24/11/2024.
STMicroelectronics. STM32WB Series Microcontrollers. Acessado em 27/11/2024.
STMicroelectronics. STM32WB55RG Datasheet. Acessado em 25/11/2024.
Wikipedia. Flipper Zero. Acessado em 30/11/2024.
Texas Instruments. CC1101 RF Transceiver Datasheet. Acessado em 24/11/2024.
STMicroelectronics. ST25R3916 NFC Transceiver Datasheet. Acessado em 26/11/2024.
Flipper Devices. GPIO and Modules Documentation. Acessado em 28/11/2024.
GitHub. Flipper Zero Firmware Repository. Acessado em 27/11/2024.
Repositório de Investigação. HcM-FreeRTOS: Hardware-centric FreeRTOS for ARM Multicore. Acessado em 25/11/2024.
MDPI. Performance Evaluation of Attribute-Based Encryption in Automotive Embedded Platform for Secure Software Over-The-Air Update. Acessado em 29/11/2024.
MDPI. Design and Implementation of an Atrial Fibrillation Detection Algorithm on the ARM Cortex-M4 Microcontroller. Acessado em 24/11/2024.
Espressif. ESP32 Product Page. Acessado em 01/12/2024.
OpenBCI. Cyton Biosensing Board. Acessado em 30/11/2024.
Raspberry Pi Foundation. Raspberry Pi Pico. Acessado em 26/11/2024.
SourceForge. GoodFET Debugger. Acessado em 27/11/2024.