TsukuCTFのHardwareを解いて，リア充を吹き飛ばす．

どうも，にゃんぱすー．日本陰キャ協会 会員のざきまつです．

本記事は，日本陰キャ協会 Advent Calendar 2022の10日目の記事になります．
日本陰キャ協会のカレンダー - Qiita Advent Calendar 2022

クリスマスが近づいてきました．街は完全にクリスマスムード，綺麗なイルミネーションとか美味しいものがあふれ始めています．
ただ，そういうところにリア充がはびこるので，気晴らしに爆弾処理したいと思います．
処理失敗しても，周りにいるリア充が爆散するだけなのでどちらにせよハッピーですね（なわけ）．

クリスマス，皆さんどう過ごしますか？
家族と？恋人と？友達と？ペットと？いいですね．
僕は最近別れたので，研究とともに過ごす予定です．

はじめに

だいぶ前にTsukuCTF2022に参加したのですが，時間が足りずHardwareが解けませんでした．ロボット競技で回路班に所属していた身としては，とても悔しいお気持ち．（しかも，作問者がチームメイトだった）
ただ，回路についてあまり知識がない＆回路を読めないという，回路班としてはあってはならない状態なので，勉強がてら解いていきたいと思います．

ついでに，リア充も爆破できれば爆破したいと思います．
あ，いやこれが本来の目的ではないですよ？ちゃんと回路の勉強しながら解くのが目的です．

問題（DefuseBomb）

つくしくんは疑似時限爆弾解除競技の訓練として、３つの時限爆弾に関するそれぞれのデータ(DefBom1,DefBom2は回路図、DefBom3は基板製造データ)をもとに、３つそれぞれの爆弾解除を行う。各時限爆弾はタイマー(limit_timer)がON状態になったとき、爆弾(bomb)に電流が流れて爆発する。
切断可能な線はデータ内で示されており、DefBom1では１から６の番号が振られたハサミ、DefBom2 では１から５の番号が振られたハサミ, DefBom3 では１から５の番号が振られた矢印である。示された切断可能な線のうち、１つの線を切れば limit_timer が ON 状態になっても爆発せず解除に成功する。しかし、残りの線は切っても limit_timer が ON 状態になる、もしくは切断した瞬間に爆発する。

フラグ形式はTsukuCTF22{ここにDefbom1からDefbom3において切断した番号を順に書く}といった形です。例として、切断した線の番号が DefBom1 では"3"、DefBom2"では"1"、DefBom3 では"5"であった場合フラグ形式はTsukuCTF22{315}となります。

ほうほうほう，つまりリア充を爆発四散させたいわけですね（違う）．
しかたない，僕が全世界のリア充を救ってみせましょう．
救った暁には，5000兆円の送金をお待ちしています．

では、それぞれの基板について見ていきます．

DefBomb1

以下の回路図は，Defbomb1の回路図になります．

U1のTC74HC08AP，U2のTC74HC02APは汎用ロジックICです．08APはANDゲート，02APはNORゲートとなっています．
それぞれのデータシートを見ると，仕様詳細を知ることができます．

東芝CMOSデジタル集積回路 シリコン モノリシック　TC74HC08AP　データシート
東芝CMOSデジタル集積回路 シリコン モノリシック　TC74HC02AP　データシート

ただ，仕様書を見ながらやるのも大変なので，draw.ioを使って論理回路を書きおこします．

爆弾であるU2の直前がNORゲートになっています．このNORゲートの入力・出力の関係を以下の表にまとめています．

U3 2番の入力	U3 3番の入力	U3 1番の出力
0	0	1
1	1	0
0	1	0
1	1	0

これより，U3の2番と3番に入る入力が両方0で無ければ，U2は起動しません．
さて，どこをカットしましょう...個人的にはU2直前のところで無理やり切断して終わりがいいんですけどね．

実は2, 3, 5番のハサミで切断しても，U3の3番は必ず0になります．

切断するハサミ	U3 5番	U3 6番	U3 4番	U1 2番	U1 1番	U1 3番
5	0	1	0	0	0	0
3	1	1	0	0	0	0
2	1	1	0	0	0	0

下側を切断しても何も変わりません，ならば上側ですね．

切断するハサミ	U3 9番	U3 8番	U3 10番	U1 12番	U1 13番	U1 11番
4	0	0	1	1	1	1
2	1	1	0	0	0	0

以上の表から，4番のハサミで切断すればU2は発火せず，スイッチを押してもリア充は爆発しません．

どうして僕はリア充を救っているのでしょうか，甚だ疑問ですね．あ，5000兆円のためか．
よかったですね，ひとまずクリスマスは安心してデートできる未来が見えてきましたよ，皆さん．

DefBomb2

次に，Defbomb2の回路図を見ていきます．

回路図から，この問題ではNチャネルMOSFETを使用していることがわかります．
MOSFETとは，電圧によって電流の通電を制御する，半導体の特性を利用したトランジスタです．
詳しくは，以下のページを見ていただくといいです．とても勉強になります．

MOSFETとは | 半導体製品 | 新電元工業株式会社- Shindengen
MOSFETの構造と動作原理 | 半導体製品 | 新電元工業株式会社- Shindengen

動作速度が速いのは，とてもうれしいですね．

さて，この問題についてですが，紙に書いて考えました．

1番から順番に切って，それぞれの電圧関係を確認...してたら日が暮れてました．
なので，U1に対して電流が流れなくするための条件について考えていきます．

まず，U1がある大きな抵抗値を持っている＆Q7が通電できる場合，U1には電流が流れずにQ7に流れていきます．
つまり，Q7は通電できる必要があります．そうすると，必然的にQ8も通電できる必要が出てきます．
Q8が通電不可の場合はQ7も通電不可となり，リア充も僕らもみんな吹き飛びます．

となると，Q8の1番-3番で電位差を発生させるために5番のハサミでカットしてはいけないことがわかります．
あるいは，カットした瞬間に導線と溶接or圧着する必要があります．めんどくさそう．

さて，Q8の1番-3番で電位差を発生させるにはどうしたらいいでしょう．え？どうしようもない？

今のままだと，R11の抵抗器のせいでQ8の1番に向けて電流が流れず，Q3とQ4に対して流れてしまいます．
これは，導線と抵抗器が並列に繋がっている場合に，電流は導線側に流れるためです．

つまり，Q3とQ4に電流が流れないようにする必要があります．
はいここで4番のハサミに着目．
4番のハサミで切ると，R2とR3,Q3の1番とQ4の1番がGNDになり，電位差がなくなるため電流が流れなくなります．多分．

また，未来が明るくなりました．皆さん，安心デートまであと一歩です．
僕の未来も照らしてください．

DefBomb3

最後，DefBomb3について見ていきます．
DefBomb3は，間違えてファイル消したと思って相当焦りました（ファイルがもう配布されていない）．

ファイル内を覗くと，大量の拡張子ファイルが入っています．
今回は，回路設計などでおなじみの「KiCad」を使って開きました．

ここで，DefBomb3ではTC74HC00APが使われていることがわかります．00APは，NANDゲートの様です．

東芝CMOSデジタル集積回路 シリコン モノリシック　TC74HC00AP　データシート

わかりづらいので，draw.ioを使って論理回路図を描きます．

この図から，U2 6番の出力が0であるには，4番と5番がそれぞれ1である必要があります．

ここで，1, 4, 5番のハサミどれを切断しても5番の入力は1になるし，切断しなくても1になることが図からわかります．
実は，9番がGNDのため，5番の入力が0になることは絶対にありません．

「いやいやいや，どゆこと？」と思った人は，電気回路or論理回路orメカトロニクスの教科書でNANDについて確認してください．
多分，言ってる意味が一発でわかります．

なので，2, 3番のどちらかを切断すればいいです．
3番のハサミで切断すると4番の入力が0になっちゃうので，2番のハサミで切断すればよいことがわかりますね．

おわりに

これで，クリスマスに安心してデートできることが確約されました．
ササっと解除して終わりましょう，博多駅のクリスマスマーケットでホットチョコ飲みたいですし．

いやぁ，外で作業するとめちゃくちゃ凍えるんですよね．
末端冷え性にはつらい作業ですわyﾌﾞｪｸｼｮｫｫｫｲ

ﾊﾟﾁﾝｯ（ハサミがずれて1番を切る音）