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【技术分享】GNU Radio无线通信嗅探基础

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作者:backahasten

文章内容简介


1.使用哪些grc模块完成我们的嗅探工作

2.如何选择参数以获取最完美的波形

3.如何从波形还原回数据

我接下来会使用电视棒(RTL-SDR)嗅探一个固定码遥控锁开发组件。

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我使用如下的grc流图

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模块选择与参数设定


首先,rtlsdr_source中封装有电视棒的底层驱动,可以用它来获取原始的数据信号。

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samp_rate表示采样率,由于软件无线电使用的是带通采样定理,根据定理,我们的采样率应该为所需采样信号的2倍,这样才能保证信号不失真,使用大的采样率固然有好处,但是会带来巨大的内存和运算消耗。

下面两项分别是频率和频率误差,frequency中填写需要获取信号的中心频率。由于sdr设备,尤其是电视棒的精度并不高,频率选择会有误差,Freq_corr用来修正误差,我没有更高精度的设备来确定这个值,所以写0。

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还有其他一些参数,其中DC offset,IQ Balance  Mode选择自动(Automatic)即可。主要说一下Gain Mode ,RF Gain, IF Gain 和BB Gain 他们用来调整增益,如果不设置增益,信号的强度会很低,处理很麻烦,如果增益过大,信号在噪音中会很难识别出来。一般来说,Gain Mode 填自动即可。

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上图是低通滤波器的配置参数,采样率和rtl-sdr source保持一致,cutoff Freq填写一个信号的大概宽度。我们可以先使用gqrx来确定一下。

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我们可以看到一个尖峰,就是信号的位置,对应的瀑布图为红色,表示能量较高。由手册可知,这个模块使用ASK调制,信号范围比较窄,载根据上面的图,我们把截止频率设置为10KHz,就可以把大部分的信号截取下来。transition width为过度带宽,根据博客《利用GRC进行安全研究和审计 – 将无线电信号转换为数据包》的介绍,这个值应该选为信道带宽的百分之40到50,由于这个遥控器只会在一个位置发射,且ASK的信号范围很窄,所以我填了5KHz,它的选择是一个根据实际情况不断试错改正的过程。

接下来,我使用Complex to Mag对信号进行解调,去除载波。一般来说,发射的调制有调幅,调频和调相三种,分别使用能量大小的变化,频率的变化和波相位的变化表示数据,我们先来看看没解调之前的原始无线电信号是什么样的。

我们可以使用scope sink这个模块观察,但是由于计算机性能的问题,波形有很明显的延时和卡顿,所以我使用file_sink把它采集成一个文件,之后使用Audacity进行观察。

使用图:

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可以看到波形(注:没使用自动增益,RF,IF,BB增益各为30,对比请向下看)

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Complex to Mag解调之后,会把能量大致为0解为低电平,能量不为0解成高电平,如下图所示。

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大家可能会注意到,每一段的前几个峰值好像比较高,这是因为我们rtlsdr_source中Gain Mode设置为了自动,没有信号的时候,增益会比较大,以便获取信号,发现信号之后,会调整增益到合适的区间。在原始信号的波形中就没出现这种情况。推荐使用自动增益,这不会干扰后面的数据获取,手动增益有局限性,需要根据距离和发射强度调节,很麻烦。

之后我们使用Threshold进行脉冲信号的整理,

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小于0.2,为0,大一0.5,为一,处理之后波形如下。

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我们提取到了基带信号。无论是继续深入解出数字信息,还是进行重放攻击,获取基带信号都是非常大的帮助。只录取原始信号进行重放,无论是信号的强度还是质量都很差,而通过基带信号调制之后再发送,整体信号是可控的,效果会好很多,距离也会增加,也可以导入其他更小巧的设备。

我们接下来还原数字信息


这点一定要注意,不要主观臆断的认为高电平就是1,低电平就是0,数字通信中,基带信号也有很多种表示方法,甚至有的是不能经过Threshold处理(例如双极性归零波形),此时,最正确的方法是阅读芯片手册。

接收器上使用的芯片有两个,分别是LM358和PT2272,LM358是集成运放芯片,主要为信号的放大,对我们没有意义,PT2272是我们要关注的。PT2272详细信息不再赘述,我只说重点:

使用ASK调制(这点从遥控器的说明书我已经知道了)

发出的编码信号由:地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字

而信道编码的定义如下:

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也就是说,a为时钟周期,4a高+12a低+4a高表示bit“0”,12a高+4a低+12a高表示bit“1”,4a高+12a低+12a高表示bit“f”,f只在地址码中使用。

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这是每一帧的结构,也就是说,默认情况下,9个地址码,3个数据码,一个脉冲作为截断,一个帧携带3bit数据,应该有12*2+1也就是25个脉冲。

我们随意取出一帧波形,是遥控器上按“C”的时候发出的

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可以解出,数据为“FFFFFFFF0010”,(最后的脉冲是一个隔断)也就是,数据为“010”。

一些杂七杂八的事情


1.grc图集合了集中不同的GUI库,可以自行选择,但是只能选一个,如果发现无法运行,看看图形库的选择是否和模块对应。

2.解调方法我只介绍了ASK,其他请参阅《利用GRC进行安全研究和审计 – 将无线电信号转换为数据包》这篇文章,实战推荐参阅阿里巴巴谢君前辈的《如何远程控制别人的无线鼠标:深度揭露mouseJack内幕 》

3.大家可能感觉这种方式很麻烦,属实很麻烦,发射的时候更麻烦,使用专用芯片无论是从成本上还是复杂度上都很又是,推荐使用Arduino设备驱动芯片进行发射,Arduino就像是硬件届的Python,功能十分强大,编程也比较简单。SDR设备主要可以用来对复杂通讯的嗅探和发射(比如横行的伪基站就是SDR),当然,基础也是很关键的。

4.涉及很多通信的知识,我是学渣,有写错或者理解错的希望前辈留言勘误。

5.挖个坑,争取有时间写一篇使用Arduino进行嗅探的文章。


本文地址:http://bobao.360.cn/learning/detail/3324.html

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