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katagaitaictf11_misc_ysk

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目次
・はじめに
・無線通信の基礎知識
 ・背景と理論
 ・HWによる無線通信
 ・SDRによる無線通信
・問題
 ・演習問題: [CodeGate 2016] Misc274 eocnd
 ・問題①:[Gits CTF 2015] Teaser Round #2 - Don't Panic! Shift Keying!
 ・問題②:[31c3 CTF 2014] signals25 - radio heat
・さいごに

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  1. 1. katagaitai CTF勉強会 #11 – Misc(hw) 関東 | Med - 2018/03/10 一般公開用 1 (c) ysk - katagaitai
  2. 2. 準備  GNURadio のインストール(講義ではWindowsを使います)  [Gits CTF 2015] Teaser Round #2 - Don't Panic! Shift Keying!  http://bit.ly/2sGgQvE ※key.iq (37.7MB)  [31c3 CTF 2014] signals25 - radio heat  http://bit.ly/2EzWJEB ※radio_heat_29f5ae02d08c6b204.tar.gz (158.9 MB)  [CodeGate 2016] Misc274 eocnd  http://bit.ly/2EMBjDB ※eocnd.7z(2.7GB)。URLどれか1つ  演習問題なのでDLは必須ではありません。 2 (c) ysk - katagaitai
  3. 3. 目次  はじめに  無線通信の基礎知識  背景と理論  HWによる無線通信  SDRによる無線通信  問題  演習問題: [CodeGate 2016] Misc274 eocnd  問題①:[Gits CTF 2015] Teaser Round #2 - Don't Panic! Shift Keying!  問題②:[31c3 CTF 2014] signals25 - radio heat  さいごに 3 (c) ysk - katagaitai
  4. 4. はじめに4 (c) ysk - katagaitai 目次  はじめに  無線通信の基礎知識  背景と理論  HWによる無線通信  SDRによる無線通信  問題  演習問題  問題①  問題②  さいごに
  5. 5. 自己紹介 ysk (@y_sk256)  略歴  マイクロ波帯のHWや制御SWの研究と実装  IT基盤運用/開発マネージメント  デバイスのセキュリティ診断  趣味  無線通信の実解析  機械学習  CTF: katagaitai  主な担当はmisc(hw), for, ppc, rev  CTFはセキュリティの良き勉強材料 5 (c) ysk - katagaitai
  6. 6. 本講義について  非専門家なので  資料や説明に間違いがあるかもしれません、ご指摘ください。  本講義の運営について  演習などは進み具合をみつつスピードを調整します。  質問は挙手または、休み時間にお願いします。  途中入退出自由です。周りに迷惑をかけないようお願いします。  資料について  そのうち公開予定です。  資料や講義風景のSNS等への投稿はご遠慮ください  問題文/画像/資料は各CTF、Wikipedia、企業の物を引用している箇 所があります。著作権はそれぞれの団体又は組織に帰属します。 6 (c) ysk - katagaitai
  7. 7. 信号処理系CTF問題の紹介①  Misc/Forensic  音声・画像ファイルの解析 ⇒過去の勉強会で説明  信号を記録したファイルの解析 ⇒今回扱う  IoT/Circuit  基板写真や回路図を解析 ⇒勉強会#7で説明  リアル無線通信の解析 ⇒今回SDRの紹介として少し登場  車載ECUのCAN/Wi-Fi等の解析  Crypto  サイドチャネル攻撃 ⇒勉強会#10でtrmrが発表 7 (c) ysk - katagaitai
  8. 8. 信号処理系CTF問題の紹介②  初心者向け  [CodeGate 2016] Misc274 eocnd ⇒今回扱う  [Gits CTF 2013] Q7 Oranges ⇒FSK変調の解析  中級向け  [PoliCTF 2012] Forensics 500 ⇒AFSK1200変調の解析  [Gits CTF 2015] Teaser Round #2 - Don't Panic! Shift Keying! ⇒今回 扱う  [Olympic CTF 2014] Illegal Radio ⇒複数変調の解析+XOR解読  自称“初心者”向け  [31c3 CTF 2014] signals25 - radio heat ⇒今回扱う  [Red Alert ICS CTF 2017] Misc - Radio Frequency #2 ⇒制御システム系 のリアル無線通信の解析  [2014 Nuit du Hack CTF] Unter Cab Command and Control Radio Module ⇒リアル無線信号(ASK変調?)の解析 (c) ysk - katagaitai 8 ⇒今回は、信号処理系問題の全体感を見てもらうため各レベルから1問ずつ選択した
  9. 9. 無線通信の基礎知識 ~背景と理論~ (c) ysk - katagaitai 9 目次  はじめに  無線通信の基礎知識  背景と理論  HWによる無線通信  SDRによる無線通信  問題  演習問題  問題①  問題②  さいごに
  10. 10. 無線通信の歴史  1864 マクスウエル方程式(マクスウェル(英国))  1886 ヨーロッパにおける最初の電波の実験(ヘルツ(ドイツ))  1901 大西洋横断無線電信(マルコーニ(イタリア))  1920 ラジオ放送(米国)  1935 レーダー(イギリス)  1963 移動衛星を用いた日米間TV中継(約20分間)  1980 GPSシステム(移動衛星)(米国)  1998 衛星携帯電話「イリジウム」(米国):全世界で使用可。  2003 地上デジタル放送(日本) (c) ysk - katagaitai 10 引用元 https://pub.nikkan.co.jp/uploads/book/pdf_file4d536bc5e9a72.pdf 130年以上も昔に電波が実験的に証明されてから、現代の生活 において電波は必要不可欠となった。 この章では、CTF問題の解説の前に無線通信の基礎を紹介する。
  11. 11. そもそも無線通信とは (c) ysk - katagaitai 11 無線通信 電波 (3THz以下の周 波数の電磁波) 記号 ~電波法施行規則2条1項15号~ 「無線通信」とは、電波を使用して行うすべての種類の記 号、信号、文言、影像、音響又は情報の送信、発射又は受 信をいう。 定義 信号 文法 映像 音響 + + 送信 情報 受信 ※詳しくはこの後のページで説明。
  12. 12. 12 電波の周波数分類と特徴 超短波 3T Hz30G3G300M30M 極超短波 マイクロ 波 ミ リ 波 サブ ミリ 波 光 3k 短 波 中 波 長 波 超 長 波 λ0.1mm1cm10cm1m10m100km (c) ysk - katagaitai
  13. 13. 13 電波の周波数分類と特徴 超短波 3T Hz30G3G300M30M 極超短波 マイクロ 波 ミ リ 波 サブ ミリ 波 光 3k 短 波 中 波 長 波 超 長 波 λ0.1mm1cm10cm1m10m100km 電離層で反射されにくい電離層で反射されやすい(遠くまで届く) 大量のデータを伝送できる 障害物があっても届きやすい(減衰しにくい/回折しやすい) (c) ysk - katagaitai
  14. 14. 14 電波の周波数分類と特徴 超短波 3T Hz30G3G300M30M 極超短波 マイクロ 波 ミ リ 波 サブ ミリ 波 光 3k 短 波 中 波 長 波 超 長 波 λ0.1mm1cm10cm1m10m100km 電離層で反射されにくい電離層で反射されやすい(遠くまで届く) 大量のデータを伝送できる 障害物があっても届きやすい(減衰しにくい/回折しやすい) (c) ysk - katagaitai ⇒利用可能な周波数の中から、目的に応じてどの周波数を使うかが決まる。 ・電波を飛ばしたい先。(例) 海外(波長が低い)、宇宙空間 ・障害物の有無。(例)建物、コンクリートなど ・データの転送量。(例)数Kbps~数Gbps
  15. 15. 15 無線通信の有名どころ 超短波 3T Hz30G3G300M30M 極超短波 マイクロ 波 ミ リ 波 サブ ミリ 波 光 3k 短 波 中 波 長 波 超 長 波 λ0.1mm1cm10cm1m10m100km WiFi Bluet ooth LTE ラジオ 衛星 放送 地デジ (c) ysk - katagaitai 通信
  16. 16. 16 無線通信の有名どころ 超短波 3T Hz30G3G300M30M 極超短波 マイクロ 波 ミ リ 波 サブ ミリ 波 光 3k 短 波 中 波 長 波 超 長 波 λ0.1mm1cm10cm1m10m100km WiFi Bluet ooth LTE AM ラジ オ 衛星 放送 地デジ (c) ysk - katagaitai いい感じの帯域 通信 FM ラジオ
  17. 17. 無線通信の送信方法  高周波(~3THz)に送りたい情報を付与して、アンテナから電波 として送信することで無線通信が行える。 ※FM送信機の概要構成図 17 (c) ysk - katagaitai FM混合器 Mix 局部発信器 (搬送波) Local 入力信号 Signal 増幅器 Amp フィルタ Filter アンテナ ANT 送りたい信号 例:音声(~kHz) 送るのに必要な高周波。 ※送りたい信号の周波数より 十分大きい周波数であること
  18. 18. 無線信号の理解  搬送波と信号を混ぜることを変調と言う。  入力信号(Xs):アナログ/デジタル情報。 𝑨 𝑺 𝒕 、𝒇 𝑺 𝒕 、𝝓 𝑺 𝒕  搬送波(fo):空間を伝搬させるための高周波。𝐴0cos 2𝜋𝑓0 𝑡  変調波(f): 𝒇 𝒕 = 𝑨 𝑺 𝒕 cos 2𝜋 𝑓0 + 𝑓𝑆 𝑡 𝑡 + 𝝓 𝑺 𝒕 (c) ysk - katagaitai 18 振幅 周波数 𝑓0:搬送波 位相 ANT から出る 電波 局部発信器 (搬送波) Local 入力信号 Signal
  19. 19.  アナログ変調方式には大きく3種類の変調方式がある。  AM (振幅変調): 𝒇 𝒕 = 𝑨 𝑺 𝒕 cos 2𝜋𝑓0 𝑡  FM (周波数変調): 𝒇 𝒕 = 𝐴 cos 2𝜋 𝑓0 + 𝒇 𝑺 𝒕 𝑡  PM (位相変調): 𝒇 𝒕 = 𝐴 cos 2𝜋𝑓0 𝑡 + 𝝓 𝑺 𝒕 アナログ変調方式19 (c) ysk - katagaitai 周波数 強度 位相 時間 時間 時間
  20. 20.  無線通信はデジタル(バイナリ)データも変調することが可能。  デジタル変調方式には大きく4つの変調方式がある。  ASK (Amplitude Shift Keying): 𝒇 𝒕 = 𝑫 𝒕 𝑨 cos(2𝜋𝑓0 𝑡)  FSK (Frequency Shift Keying): 𝒇 𝒕 = 𝐴 cos(2𝜋 𝒇 𝟎 + 𝑫 𝒕 𝒇 𝑺 𝒕) デジタル変調方式① (c) ysk - katagaitai 20 入力信号 (D(t)) 入力信号 (D(t)) 時間 時間
  21. 21.  デジタル変調方式には大きく4つの変調方式がある。(続き)  PSK (Phase Shift Keying) : 𝒇 𝒕 = 𝐴 cos(2𝜋𝒇 𝟎 𝒕 + 𝑫 𝒕 𝜋𝒇 𝟎 𝑡)  QAM (Quadrature Amplitude Modulation): 𝒇 𝒕 = 𝑫 𝒕 𝐴 cos(2𝜋𝒇 𝟎 𝒕 + 𝑫 𝒕 𝜋𝒇 𝟎 𝑡) デジタル変調方式② (c) ysk - katagaitai 21 入力信号 (D(t)) 入力信号 (D(t)) 時間 時間入力(D): 11 10 01 00 振幅(A): 1 1 0 0 位相(𝝓): 1 0 1 0
  22. 22. デジタル変調方式の多重化  多重化:同時に複数の変調波で通信するための技術。 ※データ量や同時複数端末間での通信が行える。  多重化方式。  FDM (Frequency Division Multiplexing 周波数分割多重化)  TDM (Time Division Multiplexing 時分割多重化)  CDM (Code Division Multiplexing 符号分割多重化)  同じ周波数帯域で同時に複数の情報を送る方法⇒スペクトラム拡散参照  Wi-FiやLTEなど現実世界では使われているがCTFではほぼ出ない。 (c) ysk - katagaitai 22 強度 周波数 1 2 3 4 5 … 1 周波数 時間 1 2 3 4 5 … 一つずつ 別の変調波
  23. 23. スペクトラム拡散方式  秘匿性、耐ノイズ性向上につながるスペクトラム拡散方式。  FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum 周波数ホッピング・スペク トラム拡散)  DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum 直接スペクトラム拡散)  現実世界では使われているがCTFではほぼ出ない。 (c) ysk - katagaitai 23 強度 周波数※信号が直交するように符号化すること で、各信号を取り出すことが可能となる。 1 2 3 周波数 時間 2 3 2 3 3 ※予め決められた規則で周波数が切り替わる。 21 1 1
  24. 24. 変調方式の特徴①  FFT (Fast Fourier Transformation):周波数別の信号強度  Waterfall:FFTの経過を表現したグラフ。横軸が周波数、色が信 号強度、縦軸が時間経過 (c) ysk - katagaitai 24 時間 周波数 周波数 強度 FFTの強度を色で 表現。 青⇒赤になるほ ど強い 信号の周期性と 強度を表現。 ※変換式は割愛
  25. 25. 変調方式の特徴②  IQデータ(IQシグナル)は信号を機械が扱いやすくしたデータ。  変調方式の特徴を目視で区別するのにも有用。 (c) ysk - katagaitai 25 ※参考 http://www.ni.com/tutorial/4805/ja/ In-phase carrier (位相が同相と なる成分) Quadrature-phase carrier (位相が直角となる成分) 𝝓:位相 乗算 Mul 乗算 Mul 90°シフト Iデータ Qデータ 変調波 変調波からIQデータへの変換 ⇒次頁以降に、変調方式とIQデータの一覧を記載。 NCO(数値制御発振器)
  26. 26. 変調方式の特徴③ (c) ysk - katagaitai 26 ASK FSK (GFSK) PSK (QPSK) QAM (16QAM) 位相で2bitを表現。振幅は同じ。 振幅と位相で4bitを表現。 振幅で1bitを表現。位相は同じ。 位相が連続的に変化=周波数で1bitを表現。振幅は同じ。 WaterFall ※赤丸以外はノイズと 思われるので無視。
  27. 27. 無線通信の基礎知識 ~HWによる無線通信~ (c) ysk - katagaitai 27 目次  はじめに  無線通信の基礎知識  背景と理論  HWによる無線通信  SDRによる無線通信  問題  演習問題  問題①  問題②  さいごに
  28. 28. HW受信機の構成例  スーパーヘテロダイン受信機 ※安定した受信のため高周波(RF: Radio Frequency)を中間周波数(IF: Intermediary Frequency)に落としてから受信する方式 (c) ysk - katagaitai 28 増幅器 Amp 局部発信器 Local 検波器 Detector 出力信号 Signalアンテナ ANT 混合器 Mixer IFRF
  29. 29. アンテナの仕組み  ここでは、無線通信を行う際に必要なアンテナについて説明する。  アンテナには大きく二種類ある。 ① 電波を電界として送受信するタイプ。例)ダイポールアンテナ ② 電波を磁界として送受信するタイプ。例)ループアンテナ  適切な長さのアンテナを用いることで電磁波を放射できる。  アンテナの長さを見ればおおよその周波数が推測できる。  下図は①のタイプの例でダイポールアンテナ。 (c) ysk - katagaitai 29 定在波が生まれる長さで あることが重要。λ/2や 3λ/4などがある。 磁界 電界 電界と磁界が交互に垂 直方向に生まれ空間を 伝搬する。
  30. 30. アンテナの種類① (c) ysk - katagaitai 30 ※写真の引用元 wiki.org ダイポールアンテナ グランドプレーンアンテナ ループアンテナ (磁界で送受信する)  扱う周波数の波長に比例してアンテナの放射器の大きさが決まる。  電磁界が共鳴する特有の形に応じてアンテナの形が複数ある。  300から波長を割ると計算が楽。 λ=3m⇒ 300/3=100MHz、λ=3cm⇒ 300/3=100GHz 1/2λ 1/4λ λ/(2n)
  31. 31. アンテナの種類② (c) ysk - katagaitai 31 ※写真の引用元 wiki.org 八木アンテナ(水平偏波) (導波器により指向性を鋭 くしている) パラボラアンテナ (主鏡により電波を集約。 とても鋭い指向性を持つ) ヘリカルアンテナ(円偏波) (同じアンテナを複数配置する スタックという方法により 指向性を鋭くしている)  アンテナにはビーム指向性を高める手法がいくつかある。 ※指向性とはアンテナ感度が方向性を示す特性 ⇔ 対義語:無指向性 導波器 放射器 主鏡 副鏡 送受信機 反射器 同じアンテナが4つ
  32. 32. アンテナの種類③  広帯域の周波数を送受信できるアンテナもある。  広帯域で送受信できるSDR用に有用。 (c) ysk - katagaitai 32 ディスコーンアンテナ (無指向性アンテナ) ログペリオディック(ログペリ)アンテナ (指向性アンテナ) ※写真の引用元 wiki.org
  33. 33. HW受信機の実機例  HW送受信機の例。  1台作るのに様々なHW実装が必要、操作も複雑。  ボタン沢山。AM/FM/SSB/CWくらいしか変調/復調できない。 (c) ysk - katagaitai 33 ※写真の引用元 wiki.org
  34. 34. 無線通信の基礎知識 ~SDRによる無線通信~ (c) ysk - katagaitai 34 目次  はじめに  無線通信の基礎知識  背景と理論  HWによる無線通信  SDRによる無線通信  問題  演習問題  問題①  問題②  さいごに
  35. 35. SDRの登場  昔は無線通信は周波数が高いためHWで処理するのが普通だった。  例えば、20MSample/secでIQデータ8bit×2を処理しようとすると、 320Mbpsの処理が必要。昔のPCでは処理が追い付かない。  PCの性能が向上したのでPCで処理が可能に⇒SDR  “SDR”は受信するHWと信号処理するSWを含むイメージ。  カンファレンスなどでSDR(Software Defined Radio)の認識が広まった。  各種カンファレンスの発表などでもbladeRFやHackRF oneなどが取り 上げられていた。  SDRを簡単に扱えるソフトウェアが台頭したため広がりやすい場が できた。SDR#やGNURadioなど。  今まで個別に受信機を用意していた人々も大喜び。  航空無線、消防無線、などなど多岐にわたり1台ですむ。  昔は広帯域受信器を数十万円で買う必要があった。  未知の変調や受信機が無い無線通信を解析するのに有用。 (c) ysk - katagaitai 35 ※写真の引用元 https://greatscottgadgets.com/hackrf/
  36. 36. SDRを選ぶ理由  HW構成はSDR受信機とPCをUSB等で接続するだけ。  広帯域の周波数に対応。(HackRF oneなら1M~6GHz)  簡単に調査や検証 (FFT、波形、復調方式) が可能。  信号を記録することで後でじっくり解析が可能。  難しい処理をSWで実装できるので安価。 (c) ysk - katagaitai 36 SDR 受信機アンテナ ANT PC 出力信号 Signal 解析ソフト (GNURadio等) SDR受信機ではIF(又は変調波) をIQデータに変換している。
  37. 37. GNURadioの紹介  SDRの代表的なソフトにGNURadioがある。  できることを大別すると以下の3種類。  変調波の生成=変調  入力信号の取り出し=復調  信号のキャプチャ  CTF問題ではリアル大会を除いて基本的に復調が問われる。  AM/FM/FSK/PSK/QAM/OFMA/LTEなど幅広い変調方式に対応。  リアル大会ではリプレイ攻撃や変調して送信する問題もある。  使い方はブロックダイアグラム(ブロック図)を組んで実行。  最小単位はブロック。  入出、処理、出力の順に接続する。 (c) ysk - katagaitai 37
  38. 38. GNURadioのブロック紹介  ブロックは大分類で6種、中分類で40種程度あり、全部で100種く らいはある。  CTFでは入力、処理(変調、復調)、出力だけを覚えればだいたいOK。  Pythonによる独自実装もできる。 (c) ysk - katagaitai 38 入力 処理(変調、復調) 出力
  39. 39. GNURadioのブロック構成例① (c) ysk - katagaitai 39 キャプチャファイル再生 信号の測定とキャプチャ SDR受信 機を入力 各種グラ フ表示 ファイル 出力 ファイル が入力 CPU使用率が高い時に間に挟 む。サンプリングを絞る
  40. 40. GNURadioのブロック構成例② (c) ysk - katagaitai 40 FMラジオ受信 デジタル変調(GFSK)
  41. 41. GNURadioあるある①  ブロックの見つけ方・使い方がわからない。  DPSK、PSKなど基本的なデジタル変調はDeprecatedにある。  ブロックの名前検索は右上の虫眼鏡アイコンで行える。  配置したブロックをダブルクリックするとヘルプを見れる。 (c) ysk - katagaitai 41 ①虫眼鏡アイコンをクリック ②検索バーが表示される ③検索バー文字列を含むブ ロックのみが表示される ①Documentationタブを開く ②説明が表示される
  42. 42. GNURadioあるある②  GUIブロックがうまく使えない。  QT GUI / WX GUIブロックはOptionで指定した方しか使えない。  ブロックの右クリックメニューからDisableにすることができる。  Linux版だとQT GUIブロックが無い場合もあるらしい。  QT GUI SinkをWX GUIブロックで代用する場合は、WX GUI FFT Sink、 WX GUI Waterfall Sink、WX GUI Constellation Sink等、で代用する (c) ysk - katagaitai 42 Disableブロックはグレーア ウトされる。
  43. 43. GNURadioあるある③  実行ボタンが押せない。(エラーがあると発生する。)  矢印が赤色。ブロック入出力タイプが異なっておりエラー。  ブロックタイトルが赤字。ブロック設定がエラー。 (c) ysk - katagaitai 43 エラー内容は下に表示される。 エラー箇所は赤字で表示される。 データタイプ(色)は5種類 Complex(青)、Float(オレンジ)、 Int(深緑)、Short(黄)、Byte(ピ ンク)
  44. 44. GNURadioあるある④  実行しても画面が出ない、すぐに終了してしまう。  実行時にエラーが出た場合は左下のpython実行ログ又は、実行 時に出るターミナルに同じpython実行ログが出る。  処理が重い時はThrottleを入れてサンプリングレートを下げる と解消することがある。 (c) ysk - katagaitai 44
  45. 45. GNURadioあるある⑤  実行時のGUI  File SourceのFFTやIQデータを見たいが、データの終了が早い時は、 File SourceのRepeatをONにすると見やすい。  複数グラフがある場合、タブや縦に連なって(垂直スクロールバーな ど用いて)表示される。  PSK、QAMあるある  Gray codeをONにするとビットの立て方が変わる(一種のマスク)。変 調方式を調べる際はGray code ON/OFFを試してみる必要がある。 (c) ysk - katagaitai 45
  46. 46. 送受信したくても法律に注意  従来のHW送受信機、SDRに限らず無線通信の送受信は法律の制 限を受けます。  電波法(法律)の抜粋。  無線信号の傍受は禁止されていない。  ただし、無線通信(一部除く)を傍受してその存在もしくは内容を漏ら し、またはこれを窃用してはならない。(電波法 第五十九条)  送受信機(一部除く)は技適マークの取得が必要。混信を避けるため。  技適マークの無い通信は電波暗室や有線を使いましょう。  HackRF oneは送信ができますが技適マークがありません。普通に送 信すると日本国内では多分違法となります。  ここでの説明は厳密には間違いが含まれる場合があります。  無線通信の送受信は自己責任で実施願います。 46 (c) ysk - katagaitai ※参考 http://www.soumu.go.jp/main_sosiki/joho_tsusin/security/basic/legal/07.html http://www.tele.soumu.go.jp/j/adm/monitoring/summary/qa/index.htm
  47. 47. 演習問題 GNURadioによる復調 (FM) 47 (c) ysk - katagaitai 目次  はじめに  無線通信の基礎知識  背景と理論  HWによる無線通信  SDRによる無線通信  問題  演習問題  問題①  問題②  さいごに
  48. 48. GNURadioによるFM受信①  Source⇒処理⇒Sinkの順番に組む。独立しているブロックは設定用。  Osmocom SouceやRTLはSDRデバイスからの信号を入力とするブロッ ク。具体的には、HackRF oneやRTL2832U搭載のUSBチューナー等を入力に できる。 (c) ysk - katagaitai 48 ※参考Wireless Square “FM Receiver using GNU Radio” http://wireless-square.com/2016/01/14/fm-receiver-using-gnu-radio/
  49. 49. GNURadioによるFM受信② (c) ysk - katagaitai 49 SDR入力 ※キャプチャし ている場合は File Sourceでも 可 2M/10=200KHz にフィルタ ※200KHzは日 本の放送局の 帯域 200K*12/5 =480KHz変換 ※便宜上480KHz にしている WBFM(WideBandFM)復調 480K/10->48KHz 音量調整 ※ここでは1倍なの で変化なし 出力 ※アンテナから 受信する場合、 IF/BB Gainで増 幅するのをお忘 れなく。
  50. 50. 演習問題 [CodeGate 2016] Misc274 eocnd (c) ysk - katagaitai 50 You can choose anyone! Find flag (Flag format : alphanumeric lowercase, no space, English ) https://goo.gl/j4p3iK (2.7GB) hint : https://www.youtube.com/watch?v=XFkzRNyygfk hint : https://www.youtube.com/watch?v=81FoPw_zuQE ファイルを解凍するとeocndというファイルが得られる。 バイナリエディタ(Bz)で開くと下図のようになっており、8byte周期でデータが並んでいるように見える。 ヒント1つ目がRadio headというグループの映像、2つ目が車のワイヤレスキーのハッキング映像。 ⇒2つ目のヒントより、信号の変調・復調によく使われるGNURadioを用いて復調を行う問題と推測 できる。
  51. 51. 信号の読み込みと初動調査51 信号調査のため右図のブ ロックダイアグラムを組む。 ①GUIライブラリはQT or WXの どちらか片方が利用可能。 QTにすると「QT GUI~」という ブロックのみが使用可。 ②「File Soucre」で問題 ファイルを読み込む。 ③調査用に今回は「QT GUI Sink」を使用。 ④ ボタンで実行
  52. 52. 信号の読み込みと初動調査 (c) ysk - katagaitai 52 信号調査のため右図のブ ロックダイアグラムを組む。 ①GUIライブラリはQT or WXの どちらか片方が利用可能。 QTにすると「QT GUI~」という ブロックのみが使用可。 ②「File Soucre」で問題 ファイルを読み込む。 ③調査用に今回は「QT GUI Sink」を使用。 ④ ボタンで実行 FFTの信号の帯域幅や、強 弱の周期などを確認する。 ⇒連続して幅のある帯域 幅を使用している。 ConstellationでIQデータを 確認する。 ⇒丸い円。周波数変調し ているFMやFSKが該当。
  53. 53. 信号の復調  FFTとIQデータよりFM復調を行う。FM信号はアナログ信 号の搬送によく使われるため、出力は音声信号と推測。 (c) ysk - katagaitai 53 参考 Wireless Square “FM Receiver using GNU Radio” http://wireless-square.com/2016/01/14/fm-receiver-using-gnu-radio/
  54. 54. 答え (c) ysk - katagaitai 54 江南スタイルが流れてくる。 答え:gangnamstyle
  55. 55. 問題① [Gits CTF 2015] Teaser Round #2 - Don't Panic! Shift Keying! 55 (c) ysk - katagaitai 目次  はじめに  無線通信の基礎知識  背景と理論  HWによる無線通信  SDRによる無線通信  問題  演習問題  問題①  問題②  さいごに
  56. 56. [Gits CTF 2015] Teaser Round #2 - Don‘t Panic! Shift Keying! In a far away land, shaped like the head of a pwnie, dem natives found a way to communicate in secret (sorta) bearly advanced esoteric RF technol0gies... I once befriended a bear in a bar on pwnie island. He kept rambling on about Richard Stallman, and some treasure... He handed me this napkin, and said we could speak through the ether I captured this message data to a GNU Radio complex data file... Maybe its a secret to the treasure!?!? Demodulate the key 56 ⇒画像をヒントに信号の復調を行う問題。 (c) ysk - katagaitai
  57. 57. 画像の調査 (c) ysk - katagaitai 57 コメント ブロック図
  58. 58. 画像コメントの調査 (c) ysk - katagaitai 58 - Do it 32000 times every second⇒32kHz - Reverse of this brings glory and data⇒復調せよ - Don’t Panic! All glory to the pwnie!⇒(激励) コメント
  59. 59. 画像ブロック図の調査 (c) ysk - katagaitai 59 問題文より何らかの無線通信の変調ブロック図と予想できる。特に、~PSK(位相偏移変調)や、~ FSK(周波数偏移変調)はデジタル信号の変調方式として有名。 ※samp/symとは単位データ(symbol)を表現するのに必要な波形(sample)の数となる。 ※8、6sample/symの前に≧か2のような文字があるが通常1桁で表現するのでここでは無視する。 Reality 0,2,4,6, .. 1,3,5,7, .. Packets 1bps Packets 1bps DPSK 8 samp/sym GFSK 6 samp/sym 0,2,4, .. 1,3,5, .. ×42 Endianness Dat Ether ブロック図 20min
  60. 60. 復調ブロック図  ブロック図を反転させて復調用のブロック図を作る。  次頁から各ブロックについてGNURadioのブロックに置き 換えていく。 (c) ysk - katagaitai 60 Reality 0,2,4,6, .. 1,3,5,7, .. Packets 1bps Packets 1bps DPSK 8 samp/sym GFSK 6 samp/sym 0,2,4, .. 1,3,5, .. ×42 Endianness Dat Ether ÷42EndiannessDat Ether 0,2,4, .. 1,3,5, .. DPSK 8 samp/sym GFSK 6 samp/sym Packets 1bps Packets 1bps 0,2,4,6, .. 1,3,5,7, .. Reality
  61. 61. 入力部 (c) ysk - katagaitai 61 ÷42EndiannessDat Ether 0,2,4, .. 1,3,5, .. DPSK 8 samp/sym GFSK 6 samp/sym Packets 1bps Packets 1bps 0,2,4,6, .. 1,3,5,7, .. Reality 1. File Sourceで問題のファイルを読み込こみ、エ ンディアンスワップを行う。 2. Constant Sourceを強度42で設定する。 3. 1の信号を2で割る。(「÷42」に相当) 4. Deinterleaveで信号を順番に分離する。 出力 GFSK DPSK
  62. 62. DPSK復調 (c) ysk - katagaitai 62 ÷42EndiannessDat Ether 0,2,4, .. 1,3,5, .. DPSK 8 samp/sym GFSK 6 samp/sym Packets 1bps Packets 1bps 0,2,4,6, .. 1,3,5,7, .. Reality 1. DPSK Demodブロックを以下の設定で配置。 ※DPSKは直前シンボルの位相差分でデータを表現。  Samples/Symbol : 8  その他はデフォルト値 2. Packet Decoderを配置。 入力 Output TypeをByteにする DPSK(差動位相偏移変調) は、直前の位相を基準に 位相を判定するPSK
  63. 63. GFSK復調 (c) ysk - katagaitai 63 ÷42EndiannessDat Ether 0,2,4, .. 1,3,5, .. DPSK 8 samp/sym GFSK 6 samp/sym Packets 1bps Packets 1bps 0,2,4,6, .. 1,3,5,7, .. Reality 1. GFSK Demodブロックを以下の設定で配置。  Samples/Symbol : 6  その他はデフォルト値 2. Packet Decoderを配置。 入力 Output TypeをByteにする GFSK(ガウシアンフィル タGSK)はガウスフィルタ を行ったFSK
  64. 64. 出力部 (c) ysk - katagaitai 64 ÷42EndiannessDat Ether 0,2,4, .. 1,3,5, .. DPSK 8 samp/sym GFSK 6 samp/sym Packets 1bps Packets 1bps 0,2,4,6, .. 1,3,5,7, .. Reality 1. Interleaveで信号を順番に並べて合成する。 2. File Sinkで復号結果をファイルに格納する。 入出力TypeをByteにする
  65. 65. 全ブロック図と出力ファイル (c) ysk - katagaitai 65 作成したブロック図の全体像と出力ファイルは以下。 JPEGファイル
  66. 66. 答え (c) ysk - katagaitai 66 写真は信号処理で著名なシャノンと、研究で開発した迷路ソルバー装置Theseus (1952年)。 http://cyberneticzoo.com/mazesolvers/1952 -%E2%80%93-theseus-maze-solving-mouse-%E2%80%93-claude-shannon- american/ 答えはこの後ろ
  67. 67. 問題② [31c3 CTF 2014] signals25 - radio heat 67 (c) ysk - katagaitai 目次  はじめに  無線通信の基礎知識  背景と理論  HWによる無線通信  SDRによる無線通信  問題  演習問題  問題①  問題②  さいごに
  68. 68. [31c3 CTF 2014] signals25 - radio heat68 We scratched this file from a harddrive that fell from a Gnu. It may contain a secret... FILE ⇒問題のタイトルと内容からGNURadioを用いた問題と推測。 20min (c) ysk - katagaitai
  69. 69. 信号の初動調査  QT GUI Sinkで信号の特徴を調査する。 (c) ysk - katagaitai 69 FFTにより、データ があることがわかる。
  70. 70. IQデータで変調方式を調査 (c) ysk - katagaitai 70 これらが順番に出現する 信号であることがわかる。
  71. 71. IQデータで変調方式を調査 (c) ysk - katagaitai 71 GFSK 16QAM DPSK PSK これらが順番に出現する 信号であることがわかる。
  72. 72. ブロックを組む (c) ysk - katagaitai 72 GFSK QAM DPSK PSKここでは簡単にパラレルで復 調した。 変調方式が異なる場合はデー タが正しく復調されないだけ のため。
  73. 73. 出力ファイルの確認  出力ファイル4つのうち2つにデータが出力される。 (c) ysk - katagaitai 73 PSK QAM 1st FLAG ⇒ N33dza_FUECKING_LOT_MORE_ 繰返しデータ ⇒ 2nd FLAGの暗号文と予想 DPSK、GFSKはデータが無 いのでダミーと思われる。
  74. 74. QAMのデータを解読する  簡単にxorで暗号化されていると推測してxortoolで調査。 (c) ysk - katagaitai 74 # xortool -b qam.out The most probable key lengths: 1: 11.3% 3: 16.0% 6: 14.1% 9: 12.2% 12: 10.6% 15: 9.1% 18: 8.0% 21: 7.0% 24: 6.2% 27: 5.5% Key-length can be 3*n 256 possible key(s) of length 3: n¥x12¥xda o¥x13¥xdb l¥x10¥xd8 m¥x11¥xd9 j¥x16¥xde ... Found 0 plaintexts with 95.0%+ printable characters See files filename-key.csv, filename-char_used-perc_printable.csv # strings -n 10 xortool_out/*.out | grep -i flag part of the flag: PiZZ4BuergER You solved it! here is the second part of the flag: PiZZ4BuergER 2nd FLAG ⇒ PiZZ4BuergER
  75. 75. 答え  答え:N33dza_FUECKING_LOT_MORE_PiZZ4BuergER (c) ysk - katagaitai 75
  76. 76. さいごに76 (c) ysk - katagaitai 目次  はじめに  無線通信の基礎知識  背景と理論  HWによる無線通信  SDRによる無線通信  問題  演習問題  問題①  問題②  さいごに
  77. 77. GNURadio問題のポイント  数値データの連続と思われる、バイナリファイルは無線通 信の信号データである可能性がある。  信号データの場合、GNURadioで初動調査を行う。  FFTで周波数帯域幅や信号の有無を確認する。  IQデータで変調方式を推測する。  CTFで出る問題は基本的な変調方式が多い。  アナログ変調データ:FM、など  デジタル変調データ:FSK、PSK、QAM、など  例外として、オンサイトで行うCTFで以下のような出題がある。  Car Hacking Village (Defcon 25th):車載機の無線信号の問題。  Red Alert ICS CTF (CodeBlue 2017):ICSの無線信号の問題。 77 (c) ysk - katagaitai
  78. 78. よりリアルを求める人はSDR  SDRは簡単に手に入る。  秋月電子@秋葉原でHackRF oneは販売されている。  RTL2832U搭載ワンセグチューナーは数千円で手に入る。  仕様が公開されていない信号を解析するのに役立つ。  信号をキャプチャしたら後はCTF問題と同様。 (c) ysk - katagaitai 78
  79. 79. 参考  GNURadio  https://wiki.gnuradio.org/index.php/Main_Page  GreatScottGadget “SDR with HackRF Lessons”  https://greatscottgadgets.com/sdr/  GitHub mossmann/hackrf  https://github.com/mossmann/hackrf/wiki  KG-ACARS HFDL VDL MCAに感謝 受信方法 受信記録のブ ログPlus RTL-SDR  http://blog.livedoor.jp/bh5ea20tb/archives/4348645.html (c) ysk - katagaitai 79

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