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1 Resumo. O presente trabalho apresenta um estudo e a implementação prática do protocolo proprietário utilizado pelo MSN Messenger em forma de código orientado a objeto usando a linguagem PHP. A aplicação implementada durante este estudo não tem como objetivo substituir os clientes MSN já existentes, mas sim possibilitar a criação de novas ferramentas, para que os programadores PHP possam estar mais próximos dessa rede de troca de mensagens e obter vantagem em suas implementações de software. Com o desenvolvimento de um protótipo foi possível executar os testes de funcionalidade do protocolo, como a troca de mensagens, mas também permitindo a leitura de sensores e controle de atuadores através de um cliente do protocolo MSN Messenger. This article presents a study and a practical implementation of the proprietary MSN Messenger protocol using object-oriented PHP language programming. The application here described does not intend to replace or enhance the current MSN Messenger clients but allow PHP programmers to take advantage of the features provided by the MSN Messenger chat network on their applications. Both physical prototype and test application were designed in form of proof-of-concept and showing that it is possible to control actuators and reading sensors as it is done on home-automation devices by sending data messages using a MSN Messenger client. Durante as últimas décadas, o aumento do poder computacional dos eletrônicos e o crescimento das redes de comunicações foram vitais para o advento da telemática. A telemática que pode ser definida como a desenvolvimento do presente artigo, não se objetivou criar novas tecnologias, mas sim, ordenar as já existentes e integrá-las de forma criativa a fim de criar um protótipo funcional. Foram empregadas tecnologias consagradas do ramo da eletrônica e telecomunicações como ferramentas para criar uma nova perspectiva de uso das mesmas, sendo apresentado no presente artigo, a fim de aplicar o conhecimento teórico em um protótipo, com objetivo de obter uma solução para o problema proposto.

2 O produto da telemática aqui apresentando Esta seção apresenta um breve referencial teórico sobre as áreas envolvidas neste trabalho. São apresentados conceitos sobre a linguagem PHP e sockets, programação em ambiente embarcado com micro-controladores e comunicação com painel de cristal líquido LCD através de programação de nível lógico de baixo nível, conhecido como bit-a-bit.

3 2.1 Compreendendo o protocolo MSN Messenger: experimentos empíricos O estudo de definições dos requisitos mandatórios para desenvolvimento do protótipo funcional que implementa o protocolo MSN Messenger mostrou que o entendimento do protocolo MSN Messenger é amplamente baseado na prática de uso. Mesmo pelo fato de não possuir referências acadêmicas anteriores, a implementação prática deste protocolo é viável por meio da solução proposta, qual seja, a de desenvolver um conjunto de funções capazes de acessar a rede MSN Messenger, projeto já realizado por outros desenvolvedores. O software cliente oficial da Microsoft é distribuído públicamente, porém, o códigofonte é fechado como a maioria dos softwares de empresas que têm como objetivo o lucro. Além disso, não se permite a análise direta do programa com o uso de ferramentas de dissecção, que são os dissassemblers utilizados por programadores avançados da linguagem Assembly. Neste trabalho, não está em pauta o funcionamento do software, e sim a compreensão do protocolo, pois este tipo de prática seria legalmente proibida pela política de privacidade e uso do software, como pode ser observado em um trecho da política de uso do software cliente MSN Live Messenger da Microsoft. Você não desmontará, descompilará ou fará engenharia reversa de qualquer software incluído no serviço, exceto e apenas até o limite permitido expressamente por lei para tal atividade. (Microsoft Corporation, 2009) Com a política estrita de uso do aplicativo oficial, restou a análise de tráfego de rede e dissecção de pacotes TCP/IP, que não se pode qualificar como engenharia reversa, e sim uma forma de interceptação de informações que estão trafegando livremente entre o cliente o servidor. É possível interceptar comunicações entre o cliente MSN Messenger e o servidor utilizando programas específicos que fazem o sniffing de dados enviados através de uma rede. O protocolo MSN Messenger (como todos outros bons protocolos de Internet) é baseado em texto, então é relativamente fácil para entender o funcionamento através de análise visual. (MINTZ, 2004) A comunidade desenvolvedora de aplicações aprendeu muito usando técnicas de sniffing, visto que aliados ao uso de proxys de conexão (programas intermediários), é uma maneira prática e viável de capturar os dados transmitidos e recebidos entre computadores em uma rede. Experimentos são certamente a melhor maneira de testar a teoria. Na computação, isto significa que observar qual a reação de um determinado programa dependendo da entrada de dados. No MSN Messenger, isso pode significar examinar o comportamento do cliente oficial ou servidor quando um comando em particular é enviado. (MINTZ, 2004) Durante o desenvolvimento do protótipo foram necessários ensaios e testes baseados na documentação parcial espalhada pela Internet, normalmente em fóruns de discussão. A pesquisa em busca de material suficiente para desenvolver o protótipo também contou com o uso de uma ferramenta de análise de tráfego de rede, o software Wireshark.

4 2.2 Linguagem PHP e Sockets A linguagem PHP foi escolhida para a execução prática do estudo, tendo em vista que possui bons métodos de acesso a sockets e bibliotecas próprias para isso, como é o caso da biblioteca de funções CURL para manipulação de sockets. Apesar de existirem bibliotecas na linguagem C++, JAVA e outras para acesso a rede MSN, a linguagem PHP foi escolhida exatamente pela falta da existência de bibliotecas nossa linguagem que amparassem o desenvolvedor para conexão. O desafio de realizar a proposta inicial na linguagem escolhida foi um fator de motivação, pois sendo uma linguagem orientada para aplicações Web, o uso para outros fins não é impeditivo, porém requer práticas criativas. Outra razão para a escolha do PHP é a de ser publicada com licença de códigoaberto flexível, podendo ser expandida, alterada e usada livremente em projetos comerciais, desde que se respeitem as limitações da licença. 2.3 Protocolo SOAP SOAP é um protocolo de troca de mensagens que não depende de plataforma específica e pode ser usando sobre uma variedade de protocolos como HTTP, SMTP e até mesmo MIME. Já é conhecido que o uso de XML como parte da sua metodologia de troca de informações, e que o WSDL (Web Service Description Language) é também usado para facilitar pois permite a troca de dados, de forma tipada, estruturada em um ambiente decentralizado e distribuído. (LECKY-THOMPSON, 2005) A compreensão e uso de SOAP como protocolo de troca de dados foi importante, pois a formação de uma estrutura XML compatível é uma premissa para que seja feita a autenticação do usuário nos servidores da Microsoft para posterior acesso do cliente de bate-papo proposto neste trabalho. 2.4 Maturidade da linguagem Python para suporte de comunicação A linguagem Python foi escolhida para fazer a comunicação Software / Serial entre o computador executando a aplicação PHP e a placa de desenvolvimento Arduíno dada a estabilidade e maturidade da biblioteca nativa serial, que foi utilizada no protótipo. De acordo com Maluta (2009), embora o uso da porta Serial seja uma tecnologia antiga, ainda é utilizada amplamente em projetos eletrônicos no estilo faça você mesmo. Segundo o mesmo autor, é possível utilizar a linguagem Python para fazer a interface com a porta serial, padrão RS232, seja no Windows, GNU/Linux, *BSD, Solaris. Com o uso do módulo serial comunicando com um sistema embarcado, foi possível obter as funcionalidades como o direcionamento do fluxo de dados e coleta de dados para depuração, necessário para o envio de mensagens via PHP para o microcontrolador integrante do protótipo. A biblioteca nativa serial encapsula o acesso à porta serial provendo a retaguarda para o Python, sendo um módulo que pode ser executado em diversos sistemas operacionais, facilitando a comunicação com sistemas embarcados, caso do hardware Arduino parte integrante do protótipo.

5 2.5 Uso de micro-controlador em placa de desenvolvimento Arduino Utilizou-se a placa de desenvolvimento Arduino, que é um computador físico baseado em uma simples plataforma código livre de hardware. É projetada com um microcontrolador de placa única, com suporte de I/O (Entrada e Saída) embutido, além de uma linguagem de programação padrão, que é essencialmente C/C++. O objetivo do projeto é criar ferramentas que são acessíveis, com baixo custo, flexíveis e fáceis de usar por artistas e amadores, mas principalmente àqueles que não poderiam alcançar os controladores mais sofisticados e de ferramentas mais complicadas. website oficial da placa de desenvolvimento é onde existe material para estudo, fórum de discussão e links para lojas que vendem o produto. Por tratar-se de uma placa de menos de 50 dólares, um baixo custo, é muito apreciada para pequenos projetos como o proposto neste trabalho. Um painel LCD é comandado pela porta USB-Serial do computador, com informações de origem em eventos da rede MSN Messenger e tratadas pelo software em PHP descrito no presente trabalho. Uma placa Arduino típica é composta por um controlador, algumas linhas de I/O, digitais e analógicas, além de uma interface serial ou USB para se interligar ao hospedeiro, que é usado para programá-lo e interagir com ele em tempo real. O controlador, em si, não possui qualquer recurso de rede; porém, é comum combinar uma ou mais placas Arduino deste modo, usando extensões apropriadas, chamadas de shield. A interface do hospedeiro é simples, podendo ser escrita em várias linguagens. 2.6 Display LCD 16x2 de comunicação paralela Durante este estudo, foi usado para testes e implementação um painel LCD do tipo paralelo, compatível com o controlador HD44780 da Hitachi. O painel LCD possui 16 pinos, onde os mais relevantes são definidos de Enable e Register Select, que são conectados a portas de controle digitais da placa Arduino, bem como 8 pinos de dados, que são nomeados de DB0 até DB7. Alternativamente, pode-se usar apenas 4 portas/bits

6 de dados, totalizando 6 portas digitais, método que foi utilizado no protótipo para funcionamento. Os demais fios conectados ao LCD são de alimentação deste, alimentação de energia do LED de fundo e controle de contraste. Para controle de contraste, usa-se um potenciômetro de 10K com o pino do meio ligado no pino VEE do LCD e os outros 2 pinos na alimentação de 5 Volts e terra. A corrente de 5 Volts é fornecida pela porta USB, sendo a corrente máxima limitada pela porta, 500 ma. 3.1 Aquisição de dados do protocolo Conforme discutido no referencial teórico, a base de conhecimento que foi formada para implementação do protocolo está na experimentação baseada na análise do tráfego de rede e estudo de código-fonte em outras linguagens de aplicações que já implementaram o protocolo MSN em forma de cliente. A ferramenta utilizada foi o Wireshark. O protocolo MSN possui um número limitado de comandos que são compreendidos por estar nomeados em forma de palavras na língua inglesa de forma abreviada, como se observa da seguinte lista parcial: MSG, originado de Message: envio de mensagens RNG, de Ring: início de sessão de troca de mensagens ADD, de Add: adicionar um novo usuário à lista de contatos REM, de Remove: excluir usuário da lista de contatos E assim se dá para a maioria dos comandos que, unindo-se são tratados. Aproximadamente 20 diferentes comandos são utilizados para que a versão de software aqui descrita seja funcional e possibilite a presença na rede MSN Messenger.

7 Os argumentos de cada comando foram certamente objeto de estudo durante a aquisição de dados do protocolo. Primeiramente identificou-se a quantidade de parâmetros de cada comando e, posteriormente, o significado de cada um e quando eram necessários. Alguns dos comandos possuem argumentos bastante óbvios. Outros não, necessitando a busca destes em outras implementações desenvolvidas em código-aberto de clientes não-oficiais que implementam o protocolo MSN Messenger, desenvolvidos em outras linguagem de programação 3.2 Acesso e autenticação no serviço MSN Messenger O acesso ao serviço é feito através de conexões TCP/IP, usando um par de dados contendo o endereço IP do servidor e porta TCP/IP pré-definidos. Após o primeiro acesso, o servidor redireciona a conexão para o servidor definitivo da sessão chamado de Servidor de Notificações, que será a base para a sessão MSN e seu conjunto de regras. A autenticação é feita através do método conhecido como 3D e é usada freqüentemente pela indústria de cartões de crédito, nas quais o cliente cria uma nova conexão com outro servidor a fim de obter um ticket ou token de autenticação. Dessa forma é permitido o acesso e a manutenção de uma conexão com o servidor de notificações, após identificar-se com a autenticação. Este token é adquirido através do protocolo SOAP sobre HTTP usando XML e conexões SSL (Secure Sockets Layer). 3.3 Protocolo MSN para funcionalidade de troca de mensagens Segue uma sessão em forma de exemplo onde mostra a troca de mensagens anterior à autenticação no serviço MSN usando SOAP. Os sinais <<< e >>> em cor indicam a direção do fluxo do comando. Assim são representados dados entrantes e de saída, respectivamente. Ao conectar-se ao Servidor de Notificações inicial, são negociadas formalidades de autenticação e controle de versão, até o momento do redirecionamento para o servidor definitivo que hospedará a sessão.

8 As informações sobre presença de usuários também são gerenciadas pelo Servidor de Notificação, e cada comando pertencente ao protocolo é tratado em forma de evento pela solução de software desenvolvida. A troca de dados após o comando VER inicial que pode ser observado na linha 1 da figura 3, são tratados sob demanda, pelo seguinte laço que aguarda dados do socket, bem como um tratamento condicional usando switch/case. O laço representado e realçado na figura 4 trata os comandos de autenticação, início de sessão e compatibilidade de protocolo, não de presença e troca de mensagens. Ao receber o comando USR, inicia-se o processo de autenticação, conforme apresenta a figura abaixo, de número 5, continuação da anterior.

9 O objeto criado no código do tipo SOAPTweener, também implementado em PHP, usando a biblioteca CURL para tratamento de conexões HTTP usando SSL, é o responsável pela montagem do envelope do tipo SOAP. Contém os dados de autenticação do usuário passados via argumento para função buscarticket(), e em seguida, é formado o pacote de dados na linguagem XML. Ainda, é necessário o tratamento de outros eventos sob demanda que chegam via socket TCP oriundos do servidor de notificações que o cliente foi direcionado durante o protocolo de inicialização. Comandos previamente conhecidos pelo estudo do protocolo chegam ao cliente sem que haja uma ordem pré-definida e normalmente requerem alguma reação por parte do cliente. Estas reações podem ser internas no software cliente, como manutenção a da lista de contatos e seus estados, ou externas, interagindo com o servidor remoto enviando novos comandos a fim de satisfazer as necessidades do evento ou comando recebido. O objetivo do tratamento destes eventos é manter a conexão ativa e funcional. 3.4 SOAP utilizando sockets e SSL em ambiente HTTP A classe SOAPTweener, que foi desenvolvida para o presente trabalho, utiliza a biblioteca CURL para envio de dados sob um túnel HTTP Seguro, facilitando, assim, a questão da leitura e homologação de certificados digitais do tipo SSL, passo obrigatório ao sucesso da comunicação. A figura apresenta uma solicitação verdadeira do tipo SOAP-sobre-HTTP seguro, requisitando um token de acesso, o que permite acesso direto aos mais variados serviços oferecidos pela Microsoft.

10 O envio do nome do usuário para acesso, em forma de (conhecido como Passport.NET), e a senha são visíveis na posição marcada pelos nos retângulos com as cores vermelho e azul, consoante a figura 6, acima. Na figura 7, observa-se o uso da chave de acesso resultante da solicitação HTTP, antes apresentada. A chave é enviada por meio do comando USR, sendo o retorno o comando USR, que contém um terceiro argumento com o valor OK, o que informa o sucesso da autenticação. 3.5 Programação multi-processo em PHP no ambiente Linux Para implementação funcional do cliente MSN Messenger em PHP, foi necessário o disparo de processos paralelos para controle independente de Switchboards, visto que os eventos de conversação ocorrem em paralelo à conexão principal com o Servidor de Notificações. Switchboards dependem de novas conexões TCP usadas para troca de mensagens entre dois ou mais usuários. Ao comunicar-se pela primeira vez com um usuário da lista de contatos, o servidor Microsoft solicita a abertura de uma Switchboard através do Servidor de Notificações. O comando RNG indica que uma nova sessão deve ser aberta. Nesse momento, o código principal inicia um novo processo no sistema operacional usando a função exec(), implementada nativamente na linguagem PHP, capaz de iniciar um processo filho no sistema operacional. Ao chamar a função e passando como argumento a linha de comando a ser executada (no caso, são 3 informações: a primeira é o caminho para o interpretador PHP-CLI, /usr/bin/php, a segunda é o script que deve ser executado e a terceira são os argumentos passados para o script de Switchboard, indicando Endereço IP, porta TCP e demais dados relevantes para a criação de uma Switchboard). A troca de mensagens entre a aplicação principal Servidor de Notificações e as Switchboard é feita através de FIFOs, que são arquivos especiais no sistema operacional Linux. São arquivo chamados de pipes nomeados que atuam em forma de túnel e respeitam a regra First-In, First-Out. A vantagem do uso de FIFOs é que estes podem ser abertos por diversos processos para leitura e escrita, além de que a velocidade da troca de informações é boa. Outra alternativa seriam Unix Domain Sockets ou até mesmo uma tabela em banco SQL-compatível. Os FIFOs podem ser abertos como arquivo, usando a função fopen(), por sua vez, suportado pela linguagem PHP, não necessitando maiores controles, trazendo velocidade e eficazmente implementando comunicação entre processo com baixo consumo de recursos. É o contrário de uma solução usando SGBD (Sistema de

11 Gerenciamento de Bancos de Dados), que é grande consumidora de recursos de processamento e memória computador se comparada ao uso de pipes nomeados. 3.6 Linguagem Python para acesso à porta Serial Para utilizar os avanços da linguagem Python, com relação ao controle de fluxo de dados de portas seriais, um programa script simples foi desenvolvido e utilizado. Esse script, nomeado no protótipo de LCD-Interface.py, é requisitado pela classe PHP que gerencia as switchboards, quando necessita enviar mensagens através da porta serial. O script em Python recebe através da linha de comando uma serie de argumentos que contém a mensagem a ser enviada para a porta serial. Então inicia-se a biblioteca de comunicação com velocidade compatível com a placa Arduino, programada para trabalhar a 9600 BAUD e enviam-se os dados para o micro-controlador. 3.7 Programação C para lógica sobre hardware A figura 8 apresentata de forma didática, usando pseudo-código, o funcionamento da lógica programada no micro-controlador da placa Arduino. O código completo está embarcado no micro-controlador RISC 8-bit AVR mega32 da marca Atmel, executado a 16 Mhz.

12 No código apresentado na figura 8, a função loop é chamada automaticamente pelo micro-controlador e será executada incessantemente até que a energia seja interrompida ou que algum Interrupt seja acionado. Durante a recepção de dados na porta serial, interrupts são acionados para processamento de dados na porta, porém o código foi projetado para evitar estados de postergação indefinida. 3.8 Utilizando um LCD paralelo como interface humana A comunicação com o visor de cristal líquido, de padrão paralelo compatível com painéis baseados no controlador HD44780 da Hitachi, é amplamente difundida na Internet, inclusive com exemplos, como na figura 9. Foram usados 4 pinos digitais de dados e 2 pinos de controle para que o LCD funcionasse corretamente, bem como linhas de alimentação com 5 volts, linha de aterramento e um potenciômetro para controle de contraste da tela.

13

14 a comunicação entre os processos existentes através de pipes nomeados ou FIFOs (BOSH, 2007) sem o uso de memória compartilhada de forma eficiente e funcional; - integrou Software e Hardware, possibilitando o recebimento de mensagens MSN em painel de cristal líquido (LCD). Para tanto, foi utilizado um micro-controlador RISC para hospedar a lógica embarcada e controle de fluxo de dados serial, bem como programação de um módulo extra na linguagem Python, para o fim de amparar o código PHP ao acesso à porta Serial do computador, com emulação sobre USB em Linux.

15 BOSH, B. W. (Maio de 2007). Multi-threading strategies in PHP. Fonte: Implicit evaluation in PHP - AlternateInterior:

16 GUDGIN, M. e. (April de 2007). SOAP Version 1.2 Part 1: Messaging Framework (Second Edition). Fonte: World Wide Web Consortium (W3C): LECKY-THOMPSON, Ed. (2005). Professional PHP5, Wrox Press MALUTA, Tiago (2009). PySerial Utilize o Python para controlar a interface serial. Disponível em: Acesso em 15/11/2009 Microsoft Corporation. (Maio de 2009). Contrato de Serviço da Microsoft. Fonte: Live.com - Ajuda do Windows Live: Microsoft Corporation. (Dezembro de 1999). Internet Draft - MSN Messenger Service 1.0 Protocol. Fonte: MINTZ, M. (2004). MSN Messenger Protocoal, Research Practices. Acesso em Junho de 2009, disponível em Hypotetic:

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