如何用 Proxmark3 与 Flipper 实测验证 MIFARE Ultralight AES（MF0AES20）卡片功能

如何用 Proxmark3 与 Flipper 实测验证 MIFARE Ultralight AES（MF0AES20）卡片功能

【免费下载链接】unleashed-firmwareFlipper Zero Unleashed Firmware项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/un/unleashed-firmware

Flipper Zero Unleashed Firmware 为 NFC 新增了 MIFARE Ultralight AES（MF0AES20）协议支持，覆盖身份读取、原创签名（originality signature）、AES 三轮认证与受保护读取、字典攻击、密钥管理、写回、模拟、单向计数器、配置解码和 Secure Messaging（CMAC）。仓库中的 MifareUltralightAES_QA.md 和 MifareUltralightAES_SecureMessaging_QA.md 给出了用真卡 + Proxmark3 + 一台 Flipper 做端到端硬件验证的完整方案。本文按这两份文档把验证路径整理成可执行的操作序列：用 PM3 建立真值基线并个性化卡片配置，用 Flipper 读取/解锁/模拟/写入，再用 PM3 复核结果。

准备条件

• 一张真MF0AES20 卡（文档称 "OG card"）。出厂默认状态为：DataProtKey 与 UIDRetrKey 全零、SEC_MSG关、RID关、AUTH0不保护任何页、AUTH_LIM无限、配置未锁定（CFGLCK= 0）、密钥页未锁定。
• 一台 Proxmark3（Iceman），承担三个角色：抓取真值 dump、把卡片个性化成各测试配置、作为模拟测试的外部读卡器。它不会说 Secure Messaging，只能检测SEC_MSG_ACT位。
• 一台运行本固件的 Flipper，作为被测设备。
• 在 Flipper 上开启 Debug 日志：Settings → System → Log Level → Debug，这样各功能的日志标记才能看到。

PM3 的 MF0AES20 命令语法较新且与构建相关，开始写作前先确认语法：hf mfu --help/hf mfu wrbl -h。在开放（factory）卡上，hf mfu rdbl -b <blk>/hf mfu wrbl -b <blk> -d <8 hex>不需要密钥。

写配置页前必须记住的安全规则

以下位写错可能永久锁死或弄坏卡片，整个方案全程不要写：

• AUTH_LIM（页0x2A字节 2–3）
• CFGLCK（页0x2Abit6，永久配置锁）
• LOCK_KEYS（页0x2D）及静态锁字节

其余规则：

1. 方案里的每次个性化都可逆，前提是卡片保持开放（AUTH0关闭、允许明文写）。一旦设置了AUTH0/PROT，改配置本身需要先认证——恢复时永远先把AUTH0/PROT恢复为开放，再改其他项。
2. 只做 read-modify-write：写某页前读出当前 4 字节，只改目标位，保留其他 3 字节。页0x29字节 3 是AUTH0，绝不能被覆盖。
3. 保留 Phase 0 的原始 dump，作为之后每个阶段 diff 的真值。

配置位位置以固件自带解码器 + 数据手册为准（PM3 的hf mfu info对 MF0AES20 用旧 Ultralight 模板解码，会把页0x34–0x37——实际是 UIDRetrKey——标成cfg0/cfg1/PWD/PACK，请以这张表为准）：

第一步：基线抓取（PM3，不改卡）

1. hf mfu info→ 记录 UID、版本、三个计数器、配置，以及Known UL-AES keys（出厂卡应显示 Data 与 UID 密钥全零、( ok )）。
2. 用全零密钥 dump 原始内存并保存——这是后面每个阶段对比的真值。
3. 记下页0x29、0x2A、0x2D的原始字节，后面要 read-modify-write 它们。

第二步：身份与读取验证（开放卡，不改卡）

Flipper 操作路径：NFC → Read。

预期结果：类型为Mifare Ultralight AES，ATQA0044，SAK00，60/60页全部读出，计数器0/0/0；完整信息页的配置解码与 PM3 一致（Auth off、unlimited、user cfg open、RIDoff、SEC_MSGoff、key lock N）。文档实测卡片的 UID 为04 7B A2 C2 45 13 90（文档示例值，你的卡会不同）。

这一步同时验证了配置解码器对开放卡的正确性，且不需要任何写操作。

第三步：原创签名（读取 + PM3 验证模拟）

签名（signature）是 UL-AES 区别于普通 Ultralight 的关键防伪特征：

1. Flipper：Read →Save→ 打开保存的.nfc文件，应有一行AES signature:，即 48 字节的签名（PM3 也能显示同一块数据）。
2. Flipper：Emulate 这份 dump。
3. PM3：对模拟出的卡执行hf mfu info。

预期：.nfc携带 48 字节签名；PM3 打印Tag Signature块，并输出Signature verification: successful（而不是旧版的 READ-SIGNATURE 超时）。

第四步：AES 认证 + 受保护读取（PM3 建保护区）

用 PM3 把卡片设置成"部分区域需认证"，再验证 Flipper 的解锁路径。

PM3 侧（先记录当前0x29/0x2A）：

• 把AUTH0（0x29字节 3）设为第一个想保护的数据页（文档示例用0x10），并置PROT（0x2A字节 0 bit7，即 OR0x80），使受保护区域的读需要认证。AUTH_LIM/CFGLCK保持不动。
• 配置解码交叉验证阶段（P9）给出的现成写法示例：hf mfu wrbl -b 41 -d 0000002A，Flipper 完整信息页应显示Auth from: page 0x2A (r+w)，恢复用hf mfu wrbl -b 41 -d 0000003C。
• 写之前把目标页当前 4 字节粘给文档工具链，可算出精确的-d值，确保不碰AUTH0。

Flipper 侧：

Read → 开放页能读、受保护页需认证 →Unlock → Run Dictionary Attack（应找到全零密钥）或Enter Key Manually输入00…00→ 受保护页可读。

预期：全部 60 页与 Phase 0 真值一致；恢复出的密钥被显示并随 dump 一起保存。

恢复：PROT= 0，AUTH0恢复为开放值（0000003C）。

补充两个实测中确认过的行为边界：

• UL-AES 没有一次性"输密码"框。手动录入密钥 = 把它加入User dictionary（Extra Actions →MIFARE Ultralight AES Keys → Add）。读取不完整时 AES 字典攻击会自动启动，先试User词典再试System词典；User 词典里只有错误密钥时，会干净地落到 System 词典（不挂死、不无限重选），AUTH_LIM无限所以不会锁卡。
• DataProtKey 字节序：原始wrbl按 tag 内存序写字节，而 AES 引擎（Flipper 手动录入与 PM3hf mfu aesauth --key都是）使用逆序。页0x30–0x33为A0A1A2A3 A4A5A6A7 A8A9AAAB ACADAEAF的卡，认证密钥是AFAEADACABAAA9A8A7A6A5A4A3A2A1A0。手动录入恢复出的密钥时用AES 序（相对原始wrbl显示值逆序）。

第五步：写回与模拟（PM3 复核）

写回只在完整读出的 UL-AES dump 上提供两个入口：Write (Keep Key)和Write (Copy Key)。写入会先用词典里的密钥对目标卡做认证（目标卡当前密钥必须能在词典里找到，出厂即全零），然后写入；数据页0x04–0x27总会写，配置/锁页0x28–0x2F从不写；Keep Key 写到密钥前停下，Copy Key 额外写 DataProtKey0x30–0x33（UIDRetrKey0x34–0x37永不写）。

• Keep Key 验证：PM3 先在数据页打标记hf mfu wrbl -b 10 -d DEADBEEF（卡片开放状态）；Flipper 加载出厂 dump →Write (Keep Key)；PM3 重新 dump：页 10 变回00000000（数据页确实被写），页 48–51 仍全零，0x29/0x2A/0x2D不变，hf mfu info→ 全零 Data 密钥仍( ok )。
• Copy Key 验证：.nfc是纯文本，DataProtKey 存在于Page 48–51的页行里（屏幕上显示的DataProtKey:只是渲染、不是存储字段）。把这几行按 tag 内存序编辑成非零密钥（文档示例00 11 22 33 / 44 55 66 77 / 88 99 AA BB / CC DD EE FF），load →Write (Copy Key)。PM3 验证：dump 显示 48–51 页即为该值；全零 Data 密钥不再( ok )；hf mfu aesauth --key FFEEDDCCBBAA99887766554433221100→( ok )——逆序密钥能认证，端到端证明了写回路径的字节序。恢复：卡片保持开放，PM3 明文把 48–51 页写回00000000即可。

模拟（PM3 充当外部读卡器）：

• Emulate 出厂 dump → PM3hf mfu info：身份/版本/计数器/配置与真卡一致且签名验证通过；hf mfu aesauth --key 000…0→( ok )，证明 listener 以卡身份完成了三轮 AES 质询-应答。
• 用 Copy Key 后带非零密钥的 dump 再 emulate →hf mfu aesauth --key FFEEDDCCBBAA99887766554433221100（逆序密钥）→( ok )；--key 000…0（错误密钥）→ 失败。这同时确认 listener 按reverse(pages 0x30–0x33)提取密钥且拒绝错误密钥。

第六步：Secure Messaging（CMAC）验证——关键门槛

这是整套功能中没有参考实现对账的部分：PM3 只检测SEC_MSG_ACT位，不能充当 CMAC 读卡器，所以必须靠文档 MifareUltralightAES_SecureMessaging_QA.md 的 R/W 组行项在真卡上验证。

关键可恢复性规则：SEC_MSG_ACT一旦打开，受保护区域的任何配置写入都需要 CMAC 认证写——PM3 做不到，而 Flipper 的写会跳过配置页。所以SEC_MSG_ACT开启期间绝不设AUTH0 ≤ 0x29，否则可能无法再清除该位。用AUTH0 = 0x2A：它让0x29保持在 AUTH0 之下（PM3 可明文恢复），同时迫使 Flipper 走认证——这正是触发 CMAC 会话的条件。

Setup（PM3）：

hf mfu wrbl -b 41 -d 0200002A hf mfu rdbl -b 41

读回应为02 00 00 2A。保持 Debug 日志开启。

验证行项：

• R1 全量 CMAC 读：Flipper Read → 读不完整 →Unlock with Dictionary→ 日志出现UL-AES: plain read failed post-auth, switching to secure messaging→ 全部 60 页经 CMAC 读出（约 15 次READ交互，顺带验证了+2 计数器步进与 MAC 字节序），无MAC mismatch；数据与 PM3 真值一致。
• R2 计数器：R1 之后看完整信息页，三个计数器0/0/0（与 PM3 一致）。
• W1 CMAC 写回：Write (Keep Key) 一份保存的 dump → 写操作先认证 → 日志显示第一页写入时切到 CMAC → 数据页以 MAC 包裹写入、无MAC mismatch；用 PM3 重读复核（数据页在 AUTH0 之下，PM3 可明文读）。
• R4 密钥页不泄露：保存的 dump 中页0x30–0x37读回为零（被掩码），绝不含真实密钥字节。

干净跑一遍时，日志里不应出现UL-AES response MAC mismatch (ctr N)、UL-AES command MAC mismatch, dropping session、UL-AES secure-messaging write: re-auth failed, page N locked等告警。

恢复：

hf mfu wrbl -b 41 -d 0000003C hf mfu info

确认Secure msgoff、AUTH0 开放、全零 Data 密钥( ok )。

文档记录了该步骤的真实硬件发现：真卡对认证后的第一条明文命令是**静默（frame-wait Timeout）**而非 4-bitProtocolNAK，导致 CMAC 检测门槛不触发、读写停在 0/60（commitce541e129修复，读/写门槛同时接受Timeout）。这也是该步骤必须"跨过第一帧"看多帧交互的原因。

可选项：Random ID 与配置位解码

• Random ID（P8）：PM3 置位hf mfu wrbl -b 41 -d 0100003C（RID_ACT，保留 AUTH0），卡片改呈 4 字节随机反碰撞 UID（ISO14443-3 单尺寸，首字节0x08），真实 7 字节 UID 在认证读取前被隐藏。Flipper Read 应显示随机 UID 且完整信息页解码出Random ID: on。注意 Flipper 显示的 4 字节与 PM3 显示的 7 字节（尾部补00 00 00）是同一个随机值，都不是真实 UID。恢复：hf mfu wrbl -b 41 -d 0000003C。
• 配置位逐位解码（P9）：在开放卡上对每个位单独做 PM3 写 → Flipper Read + 完整信息 → 确认对应解码行 → 恢复。文档给出的示例位包括SEC_MSG_ACT（wrbl -b 41 -d 0200003C→Secure msg: on）、CNT_RD_EN/CNT_INC_EN各组合（wrbl -b 42 -d ...）与AUTH0。基线参考值为0x29 = 00 00 00 3C、0x2A = 8C 05 00 00。再次强调：不要测CFGLCK（永久）和AUTH_LIM（触发锁卡）。

结果判定与覆盖边界

• 回归项：普通开放 UL-AES 卡应干净读出 60/60 且不触发 CMAC；受保护但非 SEC_MSG 的卡（AUTH0=0x10、SEC_MSG off）应通过字典攻击读出 60/60 且无误触发 CMAC 切换；Ultralight-C、NTAG、普通 Ultralight 的读取/模拟行为不受影响。
• 签核：P1–P11 加上 Secure Messaging 读卡侧行项（R1/R2/W1/R4）通过，即可认为该功能在本套装允许的范围内完成真硅验证；签名表中记录固件构建（git describe）、OG 卡 UID、PM3 构建、结果与已知缺口。
• 本套装覆盖不到的路径（签核时如实标注）：克隆到空白卡（W2）需要第二张空白 UL-AES 卡；Flipper↔Flipper 交叉验证（X 组）需要第二台 Flipper；模拟侧 Secure Messaging（CMAC 读卡器读模拟卡）需要支持 CMAC 的读卡器或第二台 Flipper——PM3 无法胜任。Random ID 背后真实 UID 的自动获取（P12）在文档中列为计划中的独立能力，不属于本次验证范围。

相关实现可对照阅读：CMAC 加密在 mf_ultralight_aes_crypto.c（mf_ultralight_aes_cmac8_ctr），读侧自适应切换在 mf_ultralight_poller.c 与 mf_ultralight_poller_i.c（mf_ultralight_poller_txrx_aes_cmac），模拟侧在 mf_ultralight_listener.c。

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