28 abr. 2020

Introducción al reversing de señales #1 - Ajustando el span del HackRF para observar el espectro

Por el 28 abr. 2020 con 0 comentarios
¡Muy buenas!

Como dijimos en el último post, hoy vamos a colisionar ligeramente con el último post de Teleco in  a Nutshell (v10.0). Trataremos los mismos puntos, pero en mucha mayor profundidad.

Permitidme comenzar con un copy-paste de ese post: "HackRF One es un analizador de espectro 'barato' (250-300€, cuando uno profesional cuesta varios miles de euros...) diseñado por Great Scott Gadgets y de tipo Software Defined Radio. Se define como SDR todo aquel sistema de comunicaciones en el que los diferentes componentes hardware (moduladores, amplificadores, etc) son sustituidos por un software que hace un tratamiento de la señal digital."

El HackRF es un transceptor de tipo "half-duplex". Esto significa que puede recibir o emitir señal de forma exclusiva, es decir, no puede emitir y transmitir simultáneamente.

Debido a su hardware interno, el HackRF es capaz de capturar señales entre 1 MHz y 6 GHz. Esto no quiere decir que se pueda observar todo este rango de frecuencias a la vez, pues esto conllevaría que se generase una tasa binaria exagerada, además de existir una limitación en el propio hardware. Únicamente podremos ver una pequeña banda de frecuencias que se denomina "span".

Esta limitación viene dada por la tasa de muestreo. HackRF realiza una muestra para representar cada frecuencia del espectro. Esto quiere decir que si configuramos una tasa de muestreo de 8 millones de muestras por segundo (Msps), obtendremos un span de 8 MHz. Por tanto, tendremos que sintonizar el HackRF a una frecuencia cercana a la que queramos observar, y establecer un span que cubra la señal completamente. 

Esta tasa de muestreo de 8 Msps es el mínimo que soporta el HackRF debido a su ADC interno pero, aunque no se recomienda, se puede hacer un muestreo aún menor gracias a la técnica de "decimation". Con esta técnica podremos llegar a tener tasas de muestreo de hasta 2 Msps (por debajo de esto tendremos problemas de "aliasing", visualizando una señal que no es real). El máximo "span" que puede proporcionar el HackRF es de 20 MHz (al menos sin hacer trampa, como veremos más adelante).

A continuación os mostraremos varios ejemplos para que veáis cómo cambia el "span" en función de la tasa de muestreo:
"Span" mínimo (sin "decimation"): 8 MHz
"Span" máximo: 20 MHz

A continuación podemos ver una "Decimation" de 2 sobre una tasa de muestreo de 8 Msps. Esto nos da un "span" de 4 MHz, pero podemos comprobar como los extremos pierden potencia, por el efecto de los filtros internos del HackRF, que deben usarse al hacer la "Decimation" para evitar el efecto de aliasing, por esto (entre otras cosas) no se recomienda confiar plenamente en esta característica del HackRF salvo que sea imprescindible.
Tasa de muestreo mínima con "decimation" a 2: 4MHz.
Veamos ahora varios ejemplos para que entendáis por qué ajustar el span es útil. En la siguiente imagen podéis ver la captura de una llave de coche con un span de 20 MHz.


No se ve mal, ¿verdad? Pero, ¿qué ocurre si reducimos el span a 4 MHz?


Podemos ver la señal con mucho más detalle. Debemos tener en cuenta que con un span por debajo de 8 MHz, no podemos fiarnos completamente de la señal obtenida, pero nos sirve para obtener cierta información sobre ella. Por ejemplo, en este caso podemos ver que el espectro de la señal se trata de una función conocida como "sinc", que indica que la señal en función del tiempo se trata de un tren de pulsos, es decir, una señal digital cuadrada.

Veamos el caso contrario. Sintonizamos el HackRF a 2,465 GHz con un span de 8 MHz. Podemos ver que existe alguna señal, pero no es posible sacar demasiada información:


No obstante, si ponemos el span a 20 MHz podemos ver más claramente un canal Wi-Fi (el 11, en concreto). No obstante, el HackRF se nos queda un poco al límite para poder analizar un canal Wi-Fi, ya que puede tener un ancho de banda de 20 o 40 MHz.


Vamos a terminar aquí por hoy. Como veis, el "span" se puede considerar como una especie de "zoom" (remarquemos mucho las comillas) en el eje horizontal. Con un span mayor podremos ver señales más anchas, mientras que con un span menor, podremos ver señales más estrechas en mayor detalle. En el próximo post os hablaremos del "zoom" (aún más comillas aquí, por favor) del eje vertical: los amplificadores. También tenemos pendiente contaros cómo ampliar el span por encima de 20 MHz, os lo iremos contando :)

¡Saludos!
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