Alles über USB

Oct 17, 2023

Um es klarzustellen: Es reicht nicht aus, USB-C-zu-USB-C-Kabel zu haben. Es gibt viele Kabel, die wir vielleicht für den täglichen Gebrauch anschaffen möchten, vielleicht für eine Übergangszeit, während wir noch einige Geräte besitzen, die nicht mit einem USB-C-Anschluss ausgestattet sind. Die USB-C-Spezifikation berücksichtigt jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Kabeltypen und schließt explizit oder implizit eine Reihe von Kabeln aus, die Sie möglicherweise kaufen oder herstellen möchten.

Ich bin fest davon überzeugt, dass Sie als Hacker in der Lage sein sollten, jedes USB-C-Gerät zu kaufen, das Sie jemals brauchen könnten. Hacker benötigen keine durch Marketing bedingten Einschränkungen – sie benötigen ein Verständnis dafür, wie eine Technologie basierend auf ihrer internen Funktionsweise verwendet werden kann oder nicht. Ich möchte, dass Sie dieses Verständnis vermitteln, damit Sie fundierte Entscheidungen treffen können.

Andererseits ist USB-C für die Verwendung durch weniger erfahrene Personen konzipiert, auch wenn es dabei oft versagt. (Kabelkennzeichnung, irgendjemand?) Klare Definitionen dessen, was einer Norm entspricht, können dabei helfen, diese durchzusetzen. Hier ist die berüchtigte Geschichte eines USB-C-Kabels, das ein Chromebook zerstörte und für [Benson Leung] eine Karriere als Online-Erklärer von USB-C-Besonderheiten startete. Tatsächlich gibt es viele solcher Misserfolgsgeschichten. Heute gehen wir auf USB-C-Geräte ein, die je nach Verwendung möglicherweise scheitern oder auch nicht.

USB-C-Verlängerungskabel entsprechen nicht der USB-C-Spezifikation. Oder sind Sie? Stellen sie in der Praxis ein Problem dar, auch wenn sie nicht konform sind? Schauen wir uns ein schlechtes Beispiel dafür an. Nehmen wir an, Sie möchten den Stromanschluss eines Raspberry Pi 4 erweitern.

Hier ist ein Typ-C-Verlängerungskabel, das VBUS- und USB 2.0-Datenleitungen weiterleitet – jedoch keine CC-Pins. Wenn Sie diese Erweiterung mit einem Raspberry Pi 4 verwenden, sind die 5,1 kΩ-Widerstände am Raspberry Pi-Port am weiblichen Ende der Erweiterung nicht mehr zugänglich und ein Typ-C-Netzteil kann den betreffenden Raspberry Pi nicht mehr mit Strom versorgen. Nun, es sei denn, es handelt sich um das offizielle „Typ-C“-Netzteil des Raspberry Pi, das keine Möglichkeit hat, das Vorhandensein von Widerständen zu erkennen – was natürlich gegen die Typ-C-Spezifikation verstößt, aber im Grunde genommen als USB-A-zu-USB-C-Kabel funktioniert und Zwecke, weshalb der Verstoß nicht so schwerwiegend ist.

Was wäre, wenn die Erweiterung einen CC-Pin mit einem separaten Draht im Kabel weiterleiten würde? Es könnte tatsächlich; Einige Erweiterungen tun das. Leider bedeutet dies, dass sie nur in einer Umdrehung funktionieren und jedes Mal, wenn Sie ein Kabel an eine solche Verlängerung anschließen, müssen Sie es möglicherweise umdrehen, bevor es funktioniert. Bei FF-Kupplungen gilt das doppelt: Dort müssen Sie das Kabel 50 % der Zeit drehen, damit die Kupplung funktioniert

Wie wäre es mit der Weiterleitung beider CC-Pins, jeweils mit einem separaten Kabel? Das würde tatsächlich funktionieren, und diese werden auch online verkauft. Genauso funktionieren USB-C-Erweiterungskarten auf dem Framework-Laptop – da der Erweiterungskartenanschluss auf dem Laptop USB-C ist, handelt es sich bei diesen Karten nur um eine wirklich kurze USB-C-Verlängerung, die die Pins eins zu eins weiterleitet. Unterscheidet sich das von einer Kabelverlängerung? Ja.

Was ist das Problem mit Erweiterungen? Zunächst einmal gibt es ein Rätsel, wenn solche Kabel nicht der Spezifikation entsprechen und die meisten seriösen Hersteller sie nicht herstellen, weil sie bei der USB-Standardgruppe nicht in Ungnade fallen wollen – was bedeutet, dass man sich oft darauf verlassen muss die weniger seriösen Hersteller mit unterdurchschnittlicher Qualitätskontrolle. Bei all dem, wofür wir USB-C nutzen, kann das schnell mal schiefgehen. Warum sollte es nun nicht speziallegal sein?

Angenommen, Sie haben eine USB-C-Verlängerung, bei der jeder Pin durchgeleitet wird und die intern nur 3 A verarbeiten kann. Wenn Sie jemals versuchen, Ihr 100-W-fähiges Gerät mit einem 5-A-Netzteil und einem 5-A-fähigen Kabel mit einer solchen Verlängerung in Reihe zu laden, würde das Netzteil 5 A liefern, was nicht klüger ist, aber Sie könnten sich in einer gefährlichen Situation befinden Situation, in der Ihre Kabelisolierung zu schmelzen beginnt. Andererseits verstehe ich, dass ein Raspberry Pi 4 nie mehr als 3 A verbrauchen wird, sodass Sie in diesem Anwendungsfall wahrscheinlich damit durchkommen, aber es liegt an Ihnen.

Bei Hochgeschwindigkeitssignalen gibt es noch mehr Fallstricke. USB-C-Kabel müssen bereits einem bestimmten Standard entsprechen, um für Datenraten von 40 Gbit/s zu funktionieren, anstatt auf 20 Gbit/s beschränkt zu sein. Wenn Sie eine Erweiterung verwenden, die die Hochgeschwindigkeitskabel weiterleitet, um ein Hochgeschwindigkeitsperipheriegerät anzuschließen, werden Sie möglicherweise feststellen, dass Ihr Gerät fehlerhafter wird und hin und wieder eine neue Verbindung herstellt.

Die USB-C-Spezifikation hätte diese Probleme wahrscheinlich mit zusätzlicher E-Marker-Logik lösen können, was eine Möglichkeit für die friedliche Koexistenz von USB-C-Erweiterungen geschaffen hätte, aber sie beschlossen, sich nicht darum zu kümmern. Framework-USB-C-Erweiterungskarten stören niemanden, da sie nachweislich in ihrem Einsatzszenario gut funktionieren und keine Signalprobleme verursachen. Sollten Sie als Hacker die Möglichkeit haben, ein USB-C-Verlängerungskabel zu kaufen, wenn Sie eines benötigen? Ja. Sollten Sie über die damit verbundenen Fallstricke Bescheid wissen? Auch ja. Lassen Sie uns mehr über die Fallstricke von Kabeln sprechen.

Jedes Kabel muss mindestens über ein USB 2.0-Paar verfügen. Wir kennen jedoch Fälle, in denen dies unerwünscht ist – wir haben bösartige USB-Ladegeräte, Kabel und einfach Exploits gesehen, die Ihr Telefon zerstören können, wenn es an einen PC angeschlossen ist. Möglicherweise greifen Sie nach der Schaltfläche „Jetzt kaufen“ von Aliexpress auf einem „Datenisolator“-Kabel, und auch hier ist es hilfreich, wenn Sie wissen, wo das Problem mit solchen Kabeln liegt, damit Sie als Hacker fundierte Entscheidungen treffen können – nicht als Hacker dieser Art.

Bei Anschluss an einen USB-A-Anschluss besteht die einzige Möglichkeit, den Stromverbrauch (insbesondere Strom und manchmal auch Spannung) auszugleichen, darin, die Datenleitungen zu verwenden. Diese Ladekabel sind dafür ausgelegt, dies zu erleichtern, und neigen dazu, die Datenleitungen kurzzuschließen – was dem Gerät signalisiert, dass es bis zu 1,5 A aufnehmen kann. Da die Datenleitungen jedoch vom Ladeanschluss getrennt sind, weiß das Telefon davon nichts Wenn das Ladegerät diese Leitungen tatsächlich kurzschließt, signalisiert dies die 1,5-A-Versorgungsfähigkeit. Die überwiegende Mehrheit der Anschlüsse kann 1,5 A verarbeiten, sowohl Laptops als auch Ladegeräte. Einige wirklich alte Anschlüsse (oder USB-OTG-Anschlüsse von Smartphones) liefern nur 500 mA, und ein kleiner Teil dieser Anschlüsse verfügt nicht über Überstromschutz, wie es der USB-Standard erfordert.

Diese Situationen sind äußerst selten. Nichtsdestotrotz enttäuscht dieses Rätsel die Menschen im Internet, wenn es um die Existenz von Datenblocker-Kabeln geht. Einige Ladegeräte kümmern sich nicht um Verhandlungen, andere jedoch schon. Dies führt zu lustigen Situationen, z. B. wenn Sony PlayStation-Controller über bestimmte Ladegeräte nicht aufgeladen werden.

Ich weiß jedenfalls nicht, wie es Ihnen geht, aber mir ist klar, dass die USB-C-Beschränkung für Datenblockierungskabel eine Verschwörung aller Geheimdienste der Welt ist, die im Einklang mit einem beispiellosen Maß an Zusammenarbeit arbeiten. Und es ist sowieso Ihre Pflicht, sich daran zu halten und Datenblockerkabel zu kaufen. Im Ernst: Nur-500-mA-Ports sind selten, reine 500-mA-Ports ohne Überstromschutz umso mehr, und Sie können solche Ports sicherlich bewusst meiden, wenn Sie ein Datenblockerkabel verwenden.

Übrigens: Wenn Ihr Datenblockerkabel über ein CC-Kabel verfügt (was es sein sollte, wenn Sie eine Datenübertragung wünschen), denken Sie daran, dass eine Vielzahl von USB-C-Controller-Chips Firmware-Updates über die CC-Verbindung ermöglichen, und das war auch der Fall Ich bin mir bekanntermaßen, ähm, nicht ganz sicher. Das heißt, wenn Sie sich schützen möchten, möchten Sie vielleicht nur leise sprechen und eine große Powerbank dabei haben.

Als Faustregel gilt, dass die meisten Adapter mit einer USB-C-Buchse nicht konform sind. Es wird mich trotzdem nicht davon abhalten, einen Haufen solcher Kabel zu bauen und sie an meine Freunde zu schicken, und es sollte Sie auch nicht davon abhalten. Nochmals: Was genau macht solche Adapter nicht konform?

Hier ist ein passiver USB-A-Stecker auf USB-C-Buchse-Adapter. Ich habe diesen oft verwendet, nachdem der einzige USB-C-Anschluss meines Laptops aus mechanischen Gründen kaputt gegangen war, aber ich musste weiterhin regelmäßig USB-C-Geräte verwenden. Heutzutage verwende ich diesen Adapter, um USB-C-Geräte über meine reine USB-A-Powerbank aufzuladen. Ein solcher Adapter ist normalerweise nur an USB 2.0 angeschlossen. Da die Verarbeitung von Hochgeschwindigkeitssignalen mit doppelter Ausrichtung in USB-C eine aktive Elektronik erfordert, gehe ich davon aus, dass er, wenn Sie einen solchen Adapter finden, der tatsächlich für USB 3.0 funktioniert, nur für USB funktioniert 3.0 in einer Ausrichtung des USB-C-Steckers, in einer anderen auf 2.0 zurückfallend.

Mit zwei dieser Adapter oder einem Adapter und einem USB-AC-Kabel können Sie auch ein USB-A-auf-USB-A-Stecker-Stecker-Kabel bauen. Das sollte nie nötig sein, aber theoretisch kann es jemand, und die USB-C-Gruppe mag diese Möglichkeit überhaupt nicht. Wenn Sie zwei Geräte mit einem AA-Kabel miteinander verbinden, kommt es zu einem Stromkonflikt zwischen zwei 5-V-Netzteilen, der unvorhersehbare Folgen haben kann – Schaltnetzteile mögen es nicht, wenn Sie solche Dinge mit ihnen machen, und Schutzchips für Anschlüsse könnten es sein auch nicht in der Lage sein, mit solchen Problemen umzugehen.

Das Problem besteht nicht darin, dass ein Hacker zwangsläufig ein AA-Kabel baut und seinen Laptop verraucht. Das Problem besteht darin, dass ein weniger versierter Benutzer dies tun könnte. Die Nichtkonformität dieser Adapter ist für jeden, der diese Adapter bauen möchte, insbesondere für große Hersteller, eine Entmutigung. Oh, und der Adapter, den ich zeige, verfügt auch über Stellflächen für Widerstände (Pullups) auf der USB-C-Stromversorgungsseite, macht sich aber nicht einmal die Mühe, diese zu bestücken. Das ist auch ziemlich unhöflich. Trotzdem ist dieser Adapter sehr nützlich.

Manchmal wird ein Hohlstecker-Buchse-auf-USB-C-Adapter verkauft. Ich spreche hier nicht von Trigger-Boards, bei denen man ein USB-C-Netzteil an ein Board anschließt und es über eine Hohlsteckerbuchse Hochspannung liefert – ich spreche von Adaptern, an die man ein Hohlstecker-Netzteil anschließt, und Schließen Sie es dann an ein USB-C-Gerät an. Offensichtlich gibt es keinen Schutz, und ich spreche nicht einmal mehr von Widerständen.

Dieser Adapter entspricht bei Verwendung mit einer 5-V-Versorgung einem USB-A-zu-USB-C-Kabel. Es gibt keine eingebaute Garantie dafür, dass ein solcher Adapter immer nur mit einer 5-V-Versorgung verwendet wird. Natürlich darf ein Hacker nie etwas anderes als eine 5-V-Versorgung daran anschließen. Bei einem durchschnittlichen Benutzer kann man sich wirklich nicht darauf verlassen, dass das der Fall ist, und er wird einige seiner Geräte kaputt machen. Und an manchen Tagen verhält sich jeder Hacker schließlich wie ein durchschnittlicher Benutzer; Du kannst nicht immer auf der Hut sein.

Allerdings müssen nicht alle Geräte verhandelt werden, bevor sie hohe Spannungen an ihrem USB-C-Anschluss akzeptieren. Beim Pinecil-Lötkolben ist dies beispielsweise nicht der Fall. Ich habe einen Typ-C-Adapter mit Hohlsteckerbuchse auf Buchse gebaut, damit ich schöne flexible Silikonkabel mit meinem Pinecil und einem 20-V-Netzteil mit Hohlsteckeranschluss verwenden kann.

Wenn Sie ein Typ-C-Kabel von einem solchen Adapter an Ihren Laptop anschließen würden, während dieser mit 20 V versorgt wird, würde der Laptop höchstwahrscheinlich ausfallen. Es ist bekannt, dass mehrere Laptops genau in dieser Situation den Geist aufgegeben haben. Manchmal bieten USB-C-Anschlüsse Schutz vor solchen Situationen, da einige frühe USB-C-Netzteile allein eine solche Situation verursachen konnten – ohne zurückzuschalten und problemlos 20 V an das nächste angeschlossene Gerät weiterzuleiten. Das heißt, wir werden darüber reden das später auch.

Vorerst habe ich auf den Kabelsteckern des Kabels, das ich mit diesem Adapter verwende, „NICHT“ geschrieben, um sicherzustellen, dass ich dieses Kabel niemals an etwas anderes anschließe. Wenn Sie gehofft haben, ich hätte eine bessere Idee, dann habe ich tatsächlich eine bessere Idee. Es gibt scheinbar legitime Adapter wie diesen, die angeblich für die Verwendung mit Laptops konzipiert sind, und das Aliexpress-Schlüsselwort scheint „USB PD Step Down“ zu sein. (Props an @Ralimtek!) Sie reichen nur bis zu 60 W, aber sie scheinen Verhandlungen zu führen, und wenn es tatsächlich so ist, dass sie die Spannung nach der Verhandlung tatsächlich nur auf 20 V bringen, sollten sie zum Laden perfekt funktionieren Schließen Sie Ihren USB-C-Laptop an eine Hohlbuchse an. Ich habe auch fest vor, meinen eigenen Adapter zu bauen, der die Verhandlungen übernimmt, vielleicht sogar einen 100-W-Adapter – ehrlich gesagt, ich habe viel zu viele 20-V-Netzteile herumliegen und möchte sie sinnvoll nutzen.

Zur Einhaltung der USB-C-Standards gehört noch viel mehr. Es würde mich nicht wundern, wenn die ehrwürdigen Typ-C-Triggerplatinen aufgrund einiger Signale, die der Trigger-IC nicht bereitstellt, nicht konform wären. Dennoch nutzen wir Hacker sie in großen Mengen, und mit der Zeit werden wir nur noch mehr verbrauchen. Die Nichtkonformität mit USB-C hindert uns nicht daran, jede Menge Spaß daran zu haben, coole USB-C-Geräte zu bauen.

Manchmal wird argumentiert, dass Anbieter wie Amazon nicht konforme Elektronikgeräte aus dem Verkehr ziehen sollten. Tatsächlich hat das Chromebook-zerstörende Kabel nichts damit zu tun, verkauft zu werden, da es sich lediglich um ein feindseliges Design handelt, das sich als unschuldig ausgibt. Der bescheidene AC-Stecker-Buchse-Adapter ist es jedoch zweifellos wert, in der Nähe zu bleiben, auch wenn er eigentlich nicht in großen Läden verkauft werden sollte.

Was ist Ihr Lieblingsgerät, das nicht den Standards entspricht?