Новогодний переполох. Изучаем электронику с Гринчем

Преж­де чем перехо­дить к пакос­тям, нам с тобой надо будет как сле­дует под­готовить­ся. Я нашел на «Хакере» нес­коль­ко ста­тей по элек­тро­нике и пай­ке, зна­ния отку­да тебе сегод­ня при­годят­ся. Про­читай их, ведь нам пред­сто­ит работать с элек­тро­никой, ина­че праз­дник оста­нет­ся на сво­ем мес­те!

Про­читал? Гор­жусь! Нач­нем же немед­ленно под­готов­ку к самому ответс­твен­ному делу тво­ей жиз­ни.

Гринчу нужен транспорт

Те­бе пред­сто­ит сконс­тру­иро­вать для меня механи­чес­кие сани, пря­мо как у Сан­ты. Но если этот пузатый лопух на них подар­ки раз­возит, то я буду скла­дывать в них подар­ки укра­ден­ные. Толь­ко без оле­ней — не будем упо­доб­лять­ся Кла­усу и мучить бед­ных зве­рят, мои сани дол­жны быть самоход­ными.

Для изго­тов­ления моих саней тебе пот­ребу­ется элек­трод­вигатель. С ним ты навер­няка стал­кивал­ся, но сей­час я рас­ска­жу о нем под­робнее.

Электродвигатель

Как‑то мой ста­рый товарищ Май­кл Фарадей обна­ружил, что при вза­имо­дей­ствии маг­нита и элек­три­чес­кого тока в про­вод­нике может воз­никнуть неп­рерыв­ное вра­щение. На этом и осно­выва­ется прин­цип работы элек­трод­вигате­ля.

Рас­положив в маг­нитном поле вер­тикаль­но рам­ку из про­вод­ника и пус­тив по ней ток, мы смо­жем соз­дать элек­тро­маг­нитное поле вок­руг про­вод­ника. Оно будет вза­имо­дей­ство­вать с полюса­ми маг­нитов, и в ито­ге от одно­го рам­ка оттол­кнет­ся, а к дру­гому при­тянет­ся. Так рам­ка дой­дет до горизон­таль­ного положе­ния, в котором маг­нитное поле перес­танет дей­ство­вать на маг­нит. Что­бы вра­щение про­дол­жилось, необ­ходимо добавить еще одну рам­ку под углом либо поменять нап­равле­ние тока в рам­ке в нуж­ный момент. На гиф­ке выше это дела­ется при помощи двух полуко­лец, к которым под­клю­чены кон­так­тные плас­тины от батарей­ки. И пос­ле совер­шения полу­обо­рота меня­ется поляр­ность и вра­щение не прек­раща­ется.

Су­щес­тву­ет немало раз­ных типов элек­тро­мото­ров, но нам пот­ребу­ется дви­гатель пос­тоян­ного тока. Перек­лючение фаз здесь про­исхо­дит пря­мо внут­ри дви­гате­ля. Бла­года­ря это­му он может питать­ся и пос­тоян­ным током, и перемен­ным. Пос­тоян­ный ток с течени­ем вре­мени не изме­няет­ся по величи­не и нап­равле­нию, а перемен­ный — изме­няет­ся.

Продолжаем делать сани

Са­нями мы будем управлять с рас­сто­яния, прав­да неболь­шого. Не ста­нем наг­ружать­ся дис­танци­онным управле­нием (может, сде­лаем это в сле­дующем году). А сей­час обой­дем­ся про­вод­ным. Изго­товим прос­той пульт из перек­лючате­лей и по длин­ному про­воду будем рулить нашими санями.

Но сна­чала нам пот­ребу­ются сами сани. Не на голых же моторах ездить, как барон Мюн­хга­узен на ядре. Спе­циаль­но для тебя при­лагаю чер­теж с раз­мерами, смо­жешь вырезать все детали сам из плас­тмас­сы или из дерева с помощью наг­ретого паяль­ником ножа или из дерева с помощью лоб­зика.

Из элек­тро­ники, как ты уже догадал­ся, нам пот­ребу­ется все­го ничего: два мотор­чика‑редук­тора и колеса для них, кноп­ка для запус­ка дви­гате­лей и неболь­шой акку­муля­тор — надо же нам чем‑то питать наши сани.

Те­перь паяй всё по схе­ме сни­зу и раз­мещай на наших санях. На «Хакере» есть статья о том, как это делать. Про­вода, иду­щие от акку­муля­тора и от кноп­ки к моторам ты можешь выб­рать любой удоб­ной тебе дли­ны — они будут идти от саней к пуль­ту, и от нее зависит, нас­коль­ко далеко ты смо­жешь отой­ти.

Ре­дук­торы с колеса­ми рас­положи по бокам, что­бы колеса чуть при­под­нимали зад­нюю часть саней. А на акку­муля­тор или батарей­ку нак­лей кноп­ку — можешь исполь­зовать его как кар­кас для «пуль­та». Если пос­ле мон­тажа колеса кру­тят­ся не в ту сто­рону, зна­чит сто­ит поменять поляр­ность акку­муля­тора.

От­лично, теперь у нас есть сани. Преж­де чем отправ­лять­ся красть на них подар­ки, пот­ренируй­ся в управле­нии. Кноп­ка будет дви­гать их впе­ред, а про­водом от «пуль­та» мож­но оття­нуть сани назад. Такое вот прос­тое управле­ние.

Ловушка для Санты

Са­ни мы сде­лали, доеха­ли на них до домика ничего не подоз­рева­ющих жителей пла­неты Зем­ля, про­ник­ли в дом и заб­рали все подар­ки. Лег­ко! Но что делать, если мы опе­реди­ли Деда Мороза и он еще не при­шел? Ты ведь зна­ешь, что он не может показы­вать­ся на гла­за людям. Исполь­зуем эту сла­бость себе во бла­го! Что­бы спуг­нуть новогод­него вол­шебни­ка, нам дос­таточ­но все­го лишь его обна­ружить. Для это­го мы с тобой изго­товим прос­тую сиг­нализа­цию‑рас­тяжку, которую мож­но уста­новить куда угод­но. На окно, на дверь, да хоть на камин. Как толь­ко пузатый крас­ноносый дед про­лезет в квар­тиру, сра­бота­ет сиг­нализа­ция, ее жиль­цы прос­нутся и Дед Мороз исчезнет! Ник­то не получит подар­ков, как и задума­но.

Для изго­тов­ления сиг­нализа­ции нам пот­ребу­ется при­щеп­ка, батарей­ка, пара кусоч­ков метал­личес­кого про­вод­ника и пьезо­дина­мик. Из все­го спис­ка пос­ледний эле­мент не был опи­сан в стать­ях на «Хакере», поэто­му сей­час я рас­ска­жу о нем под­робнее.

Пьезодинамик

Од­на из глав­ных час­тей пьезо­дина­мика (он же зум­мер) — это мем­бра­на. Она‑то и изда­ет звук. Про­исхо­дит это за счет ее неп­рерыв­ного колеба­ния. По сути, она сво­ей виб­раци­ей «сот­ряса­ет» воз­дух, так и получа­ется писк. Но если подать на мем­бра­ну пос­тоян­ное нап­ряжение, зву­ка ты не услы­шишь, раз­ве что тихий щел­чок. Мем­бра­на выг­нется, при­мет одно положе­ние и боль­ше дви­гать­ся не будет. Что­бы зас­тавить ее и даль­ше зву­чать, необ­ходимо пос­тоян­но менять нап­ряжение. Сде­лать это мож­но с помощью ана­лого­вого или циф­рового сиг­нала, о них уже говори­лось в од­ной из ста­тей. Для работы пьезо­дина­мика необ­ходим генера­тор зву­ковых колеба­ний. В боль­шинс­тве сов­ремен­ных зум­меров он встро­енный, но перед покуп­кой в этом луч­ше убе­дить­ся.

Возвращаемся к сигнализации

Итак, нам оста­лось при­соеди­нить к кон­цам при­щеп­ки метал­личес­кие про­вод­ники (зак­ручен­ная в малень­кую спи­раль скреп­ка пой­дет) и при­паять про­вод­ки от них. Один — к кон­такту зум­мера, дру­гой — к батарей­ке, а так­же соеди­нить оставши­еся кон­цы. Теперь надо все как сле­дует зак­репить на скреп­ке, что­бы ловуш­ка получи­лась мак­сималь­но ком­пак­тной. И необ­ходимо «взвес­ти» нашу сиг­нализа­цию. Для это­го надо изго­товить саму рас­тяжку. Это будет прос­то нит­ка, с одно­го кон­ца которой при­вяжем тон­кий диэлек­трик, хотя бы кусочек кар­тона. Теперь его мож­но зажать меж­ду про­вод­никами при­щеп­ки и уста­новить в нуж­ном мес­те. Как толь­ко дверь откро­ется, диэлек­трик вылетит из зажима и цепь зам­кнет­ся. По квар­тире раз­дас­тся писк — все прос­нутся, и Дед Мороз сбе­жит.

Похитители елок

Нет ничего луч­ше, чем похитить елку! Но тас­кать деревья я устал, поэто­му ты сде­лаешь елку сво­ими руками, а я у тебя ее укра­ду! Тебе понадо­бят­ся паяль­ник и све­тоди­оды. Еще мож­но изго­товить неболь­шой блок управле­ния на базе чипа 555, что­бы зас­тавить нашу елку мигать. Про такую схе­му на «Хакере» уже была статья, можешь пос­мотреть схе­му там, соб­рать ее и под­клю­чить к нашей елке.

Па­ять елку будет очень прос­то — дос­таточ­но пос­ледова­тель­но соеди­нить все све­тоди­оды и источник питания. Анод одно­го све­тоди­ода — к катоду сле­дующе­го, и так, пока не кон­чатся све­тоди­оды. В кон­це, ког­да оста­нет­ся все­го два кон­такта, надо, не перепу­тав их, при­паять анод к плю­су батарей­ки, а катод — к минусу.

Те­перь оста­лось при­паять кон­цы нашей схе­мы к батарей­ке «Кро­на». Елка готова! Иду похищать.

Те­перь я бы хотел украсть новогод­нюю звез­ду. Вот тебе схе­ма пай­ки под­ходящей звез­ды. Немед­ленно при­нимай­ся за работу!

От­лично, теперь у нас и елка, и звез­да есть. Всё очень ком­пак­тное — украв, мож­но носить с собой в сум­ке и хвас­тать­ся.

Руководство по взлому гирлянд

Я обе­щал еще рас­ска­зать о взло­ме гир­лянд. Обыч­ную гир­лянду, которую под­клю­чают в розет­ку, мож­но взло­мать толь­ко физичес­ки. Вскрыть блок управле­ния, под­клю­чить мик­рокон­трол­лер, нап­ример Arduino, и написать собс­твен­ную прог­рамму управле­ния гир­ляндой. Если тебе это инте­рес­но, но ты не зна­ешь, как поль­зовать­ся Arduino, то заг­ляни на ви­ки «Амперки», там неп­лохо опи­саны азы управле­ния этим мик­рокон­трол­лером.

Ум­ные гир­лянды для нас­тояще­го зло­дея куда прив­лекатель­нее! Ведь мож­но под­клю­чить­ся к ним по Wi-Fi и управлять каж­дым све­тоди­одом отдель­но. Мои прис­пешни­ки еще в далеком 2018 году за­инте­ресо­вались этой темой, изу­чили очень популяр­ные IoT-гир­лянды мар­ки Twinkly и даже соз­дали кноп­ку для отклю­чения всех под­клю­чен­ных в сеть гир­лянд!

Пар­ни разоб­рались, как гир­лянда сооб­щает­ся с мобиль­ным при­ложе­нием. Они выяс­нили, что сна­чала надо нап­рямую под­клю­чить­ся к Twinkly как к точ­ке дос­тупа и нас­тро­ить под­клю­чение гир­лянды к домаш­ней сети, через которую ты будешь управлять гир­ляндой. Изу­чив сооб­щение, они узна­ли, что переда­ваемые дан­ные не зашиф­рованы, нес­мотря на то что при исходной нас­трой­ке пароль от Wi-Fi и переда­вал­ся в зашиф­рован­ном виде. Если шиф­рования нет, зна­чит, мож­но про­вер­нуть MitM и изу­чить работу API.

В ито­ге эти лихие ребята выяс­нили, что мож­но уста­новить на гир­лянды любую про­шив­ку и исполнять про­изволь­ный код, ведь для это­го не тре­бует­ся никакая авто­риза­ция.

Толь­ко пос­мотри, они вывели на гир­лянду «змей­ку»! А еще про­вели ата­ку, в ходе которой на всех обна­ружен­ных устрой­ствах Twinkly выводит­ся «Hack the Planet».

Mission complete

Мой дорогой прис­пешник, ты хорошо порабо­тал, и вмес­те мы под­готови­лись к похище­нию праз­дни­ка. Но зна­ешь, я что подумал? Этот год выдал­ся не таким уж и прос­тым для мно­гих. И было бы сов­сем нек­расиво лишать людей воз­можнос­ти весело про­вес­ти вре­мя в кру­гу семьи или дру­зей, так что пус­кай праз­дну­ют. Зато в сле­дующем году мы вер­немся с еще боль­шим количес­твом пакос­тей!