反向工程 BCD4 队列显示协议

逆向工程解析排队显示协议：BCD4编码与进位校验算法

一位工程师在没有文档的情况下，成功逆向解析了一套专有的排队显示协议。该协议采用BCD4编码，每个数据位占用一个完整字节，以增强在1200波特率长距离RS-232线路上的抗噪能力。数据包结构为33字节，包含起始标记、数字位、窗口号和带进位机制的校验和字段。

BCD4：确保可靠传输的编码方案

该协议采用硬件级抗噪方法：每个数字（0-15）的比特位被编码为一个字节。0x7F表示1（七个1形成清晰脉冲），0x00表示0。这样就将一个4位值扩展为4字节。

编码示例：

| 数字 | 比特位 | BCD4字节序列 |

|------|--------|--------------|

| 0 | 0000 | 00 00 00 00 |

| 1 | 0001 | 7F 00 00 00 |

| 2 | 0010 | 00 7F 00 00 |

| 5 | 0101 | 7F 00 7F 00 |

| 9 | 1001 | 7F 00 00 7F |

| 12 | 1100 | 00 00 7F 7F |

Python实现代码：

def _bcd4(value: int) -> bytes:
    return bytes([0x7F if value & (1 << i) else 0x00 for i in range(4)])

print(_bcd4(5).hex(' '))  # 7f 00 7f 00
print(_bcd4(9).hex(' '))  # 7f 00 00 7f

1200波特率在保证可靠性的同时牺牲了传输速率。

数字显示的数据包结构

33字节数据包用于在窗口显示数字：

• 字节0：0x55 — 起始标记
• 字节1-4：模式头
• 字节5-8：BCD4(个位数字)
• 字节9-12：BCD4(十位数字)
• 字节13-16：BCD4(百位数字)
• 字节17-20：BCD4(窗口个位数字)
• 字节21-24：BCD4(窗口十位数字)
• 字节25-28：BCD4(c1) — 校验和低位部分
• 字节29-32：BCD4(c2) — 带进位的高位部分

示例：在19号窗口显示数字487：

55 00 7F 00 00          # 头部
7F 7F 7F 00             # BCD4(7)
00 00 00 7F             # BCD4(8)
00 00 7F 00             # BCD4(4)
7F 00 00 7F             # BCD4(9)
7F 00 00 00             # BCD4(1)
[校验和字段]

带进位机制的校验和计算

校验和字段c1和c2构成8位值，采用进位机制：

• 计算原始c1值作为数据包字段的线性组合
• 如果原始c1 ≥ 16：进位 = 1，c1 = 原始c1 - 16
• 否则：进位 = 0，c1 = 原始c1
• c2根据其他字段的进位计算

进位发生在80-90等数字，具体取决于窗口编号。AI（Claude）通过30个数据包样本验证了该模式：两个4位半字节采用类似算术运算的进位机制。

“所有窗口”模式（25字节）无进位，计算公式更简单。

窗口编程模式使用两个独立的进位链，包含乘法和常数：

• 链A：从W_lo计算原始A，进位_A = 原始A >> 4，字段_A1 = 原始A & 0xF，字段_A2从W_hi和进位_A计算
• 链B：类似处理另一个线性函数

数据包组装与发送

数据包组装函数：

def build_window_packet(window: int, number: int) -> bytes:
    d1 = number % 10
    d2 = (number // 10) % 10
    d3 = (number // 100) % 10
    w_lo = window % 10
    w_hi = window // 10

    c1, c2 = _checksum(d1, d2, d3, w_lo, w_hi)

    packet = bytearray(b'\x55\x00\x7F\x00\x00')
    packet += _bcd4(d1) + _bcd4(d2) + _bcd4(d3)
    packet += _bcd4(w_lo) + _bcd4(w_hi)
    packet += _bcd4(c1) + _bcd4(c2)

    assert len(packet) == 33
    return bytes(packet)

数据包通过COM端口发送。

集成到Web系统

Python服务器接收HTTP POST请求：

POST / {"window": 5, "ticket": "487"}

服务器解析JSON，构建数据包并写入端口。心跳机制维持连接：

• 正常时60秒间隔
• 错误时10秒重试

def _heartbeat_loop():
    while True:
        ok = _try_register(...)
        was = _server_state['connected']
        _server_state['connected'] = ok
        if not was and ok:
            print("[OK] 连接已恢复")
        elif was and not ok:
            print("[警告] 连接丢失")
        time.sleep(60 if ok else 10)

核心要点

• BCD4编码将1比特扩展为1字节，在1200波特率下提供抗噪能力
• 校验和采用c1/c2半字节间的进位机制
• 结合精确假设和数据包样本，AI辅助逆向工程效果显著
• 服务器实现使传统设备无缝集成到Web系统
• 协议规范：33字节，起始标记0x55，数字+窗口+校验和

— Editorial Team