RF et RF Security basics

definitions

terme	definition
λ	longueur d'onde
v ou f	frequence
T	temps
E	Emission
R	Reception
if_freq	fréquence intermediaire avant E ou Apres R
lo_freq	frequance de l'oscilateur local
LO + FI	Frequence E/R
LNA	Low noise ampli. (ampli en entrée de reception)
VGA	Variable Gain Amplifiers
Base band	signal utile
FFT	Fast Fourier transform, permet de convertir une suite nombres complexes en Frequences
Procédure	c’est un ensemble de règles qui fixent la forme et la succession des émissions, dans le but de garantir la REGULARITE et la RAPIDITE d’acheminement du trafic et d’assurer la SECURITE des transmissions. L’inobservation de ces règles provoque l’inefficacité, des indiscrétions, de la confusion et un manque de rapidité opérationnelle.
Station	c’est un ensemble d’appareils et de personnels placés sous l’autorité d’un chef de station, mis à la disposition d’une ou plusieurs autorités en vue de réaliser une ou plusieurs liaisons.
Réseau	C’est un ensemble de stations (radio, FH, TG) qui travaillent entre elles suivants les mêmes règles imposées et les mêmes caractéristiques (fréquences, indicatifs, modulation).
Indicatif	n appelle indicatif, un ensemble de lettres ou de chiffres, ou de lettres et de chiffres mélangés pouvant désigner soit une station (ou un groupe de stations) soit une autorité (ou un groupe d’autorités).
SDR	Software-Defined Radio
DSP	Digital Signal Processing

Critères de Compatibilité éléctromagnetique (CEM):

Emissivité
Immunité

Surface d'attaque

Emissions electromagnetique : side channel, cryptanalyse, TEMPEST
Susceptibilité éléctromagnetique : emissions parasites, AGREMI

Menaces

Interceptions (ex: Man in the middle)
Ecoutes
Localisation
Neutralisation (brouillage, sabotage)
Déception (Intrusion, Leurre)

Recommandations

Choix des moyens (choix de la puissance d’émission, des antennes …)
Réduction des durées d’émissions (préparation des communications)
Respect procédures (chiffrement, protocoles)
Choix de l’emplacement d'émission
Tester (simuler les evenements redoutés) et améliorer

Mise en oeuvre

Vérifier l’arrêt puis,
ANTACAL : ANTenne ACcessoires ALimentation
Utiliser des cables blindés sous peine d'avoir un signal de mauvaise qualité

Pour les ER avec forte puissance d'émission:
NE JAMAIS EMETTRE SANS ANTENNE
NE JAMAIS TOUCHER L’ANTENNE EN EMISSION

Fréquence et longueur d'onde

Permets notamment d'en déduire la taille de l'antenne

λ = c/f = c*T

λ est la longueur d'onde en mètre (m),
c la célérité de propagation de l'onde en mètre par seconde (m.s-1) = 299,792,458 mètres par seconde
f la fréquence (Hz)
T la période (s).

function Get-AntSize {
        <#
    .SYNOPSIS
        λ = c/f

    .DESCRIPTION
        Conversion Frequence -> Longeur d'antenne Quart d'onde

    .PARAMETER frequency
        Frequence en Hz

    .OUTPUTS
        Longueur d'ondes en metre et  taille de l'antenne quart d'onde en cm.

    .EXAMPLE
        $antennaSize = Get-AntennaSize -frequency 915000000 # pour une fréquence de 915 MHz
    #>

    param (
        [Parameter(Mandatory=$true)]
        [double]$frequency
    )

    $speedOfLight = 299792458 # célérité
    $wavelength = $speedOfLight / $frequency # calculer la longueur d'onde
    $antennaSize = ($wavelength / 4) * 100 # pour une antenne quart d'onde et en centimtre

    Write-Host("λ (m) : $wavelength") -ForegroundColor DarkGray
    Write-Host("Ant (cm) : $antennaSize") -ForegroundColor White

}

SDR software define radio

Antenna <-> Ampli + filter <-> Analog/Digit <-> Modem error correction <-> Encryption <-> Network routing GUI <-> User

Modulations

Type	Designation	Description	Cas d'usage
Amplitude	AM	modulation d'amplitude	Radio Analogique "grandes ondes"
Amplitude	ASK	Shift Keying
Frequence	FM	modulation de freq.	Radio Analogique
Frequence	FSK	Shift Keying	RFID
Frequence	GFSK	guaussian (signal plus propre)	Bluetooth
Phase	BPSK	simple 2 état à 180°
Phase	QPSK	Quadrature
Phase	GMSK	Gaussian minimum-shift keying	GSM
Amplitude+Phase	QAM	Quadrature - completé par nombre de bits	TNT
autre	OFDM	Orthogonal Frequency-division multiplexing	sous porteuse espacé en Freq qui utilisent d'autres modulations (BPSK, QPSK, QAM-16, QAM-64…)
autre	OOK	Binaire (On-Off Key)	télécommandes et morse
autre	USB	Upper Side Band = Bande Latérale Supérieure
autre	LSB	Lower Side Band = Bande Latérale Inférieure
autre	SSB	Single Side Band = Bande Latérale Unique (BLU)

Exemple de modulation BFSK random via DSP :

#!/usr/bin/env python
# from: https://pysdr.org/content/iq_files.html, modifié pour hackrf

import sys
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def write_iq(iqfile):
    """
    In Python, and numpy specifically, we use the tofile() function to store a numpy array to a file. 
    Here is a short example of creating a simple BPSK signal plus noise and saving it to a file in the same directory we ran our script from:
    """

    num_symbols = 10000
    x_symbols = np.random.randint(0, 2, num_symbols)*2-1 # -1 and 1's
    r = x_symbols

    # NOISE (comment if not needed)
    n = (np.random.randn(num_symbols) + 1j*np.random.randn(num_symbols))/np.sqrt(2) # AWGN with unity power
    r = x_symbols + n * np.sqrt(0.01) # noise power of 0.01

    # plot
    print(r)
    plt.plot(np.real(r), np.imag(r), '.')
    plt.grid(True)
    plt.show()

    # Now save to an IQ file
    r = r.astype(np.complex64) # Convert to 64
    r.tofile(iqfile +'.iq')
    """
    to Read the file:
    samples = np.fromfile('bpsk_in_noise.iq', np.complex64)
    """

    # file for hackrf one
    output_int = np.empty((len(r) * 2,), dtype=np.int8)
    output_int[0::2] = np.round(r.real)
    output_int[1::2] = np.round(r.imag)
    output_int.tofile(iqfile + ".cs8")

if __name__ == "__main__":
    write_iq("out")

Encodage

NRZ, NRZI, Manchester, Miller, bipolaires

Antennes

Verticales omnidirectionnelles à λ/2 ou λ/4
Directionnelles avec directeurs, radiateur et réflecteur ex: Yagi
Parabolique (ex: reception sattelite)
Loop et cadre magnétique (ex: RFID)

informations sur les produits et les protocoles

FCC

Tools

SDRSharp (SDR#) : analyse de spectre et démodulations audio (analogique) et plugins pour numérique
GNU Radio / Radioconda : flow mod / demod
SDRAngel, Universal Radio Hacker : analyse de spectre, analyse de capture / fichiers pour démoduler des signaux numériques
PothosSDR : flow
SoapySDR : API
qt-Dab : Radio Numerique Terrestre (RNT DAB+) - rester en version 2.7 pour windows
URH: Analyse / reverse
Inspectrum fourni avec radioconda : Analyse

formats de fichiers

IQ = écriture en nombre complexe (I+jQ)
.cu4: Complex (I/Q), Unsigned integer, 4-bit per value (8 bit per sample)
.cs4: Signed integer
.cu8 (.data .complex16u): 8-bit per value (16 bit per sample) - Complex 8-bit unsigned integer samples (RTL-SDR)
.cs8 (.complex16s)
.cu12: 12-bit per value (24 bit per sample)
.cs12
.cu16: 16-bit per value (32 bit per sample)
.cs16: Complex 16-bit signed integer samples (BladeRF)
.cu32: 32-bit per value (64 bit per sample)
.cs32
.cu64: 64-bit per value (128 bit per sample)
.cs64
.cf32 (.cfile .complex): Float, 32-bit per value (64 bit per sample) - Complex 32-bit floating point samples (GNURadio, osmocom_fft)
.cf64: Double Float, 64-bit per value (128 bit per sample)

convertir les fichiers:

Convert the file from unsigned 8-bit integers to 32-bit floats. This can be done with:

PS > C:\Program` Files` `(x86`)\sox-14-4-2\sox.exe .\wifi-like.s8 wifilike.f32

C:\Program Files (x86)\sox-14-4-2\sox.exe WARN raw: `.\wifi-like.s8': sample rate not specified; trying 8kHz
C:\Program Files (x86)\sox-14-4-2\sox.exe WARN raw: `.\wifi-like.s8': # channels not specified; trying mono

PS > ls *.f32

 Répertoire : C:\Users\vaca\OneDrive\Documents\Projets-InfoSec\Keisei-sanshoku\ER\OpenER
Mode                 LastWriteTime         Length Name
----                 -------------         ------ ----
-a----        24/03/2023     09:19     1858076672 wifilike.f32

Numpy

exemples de "signal Discrete Fourier Transform" (DFT)

signal = numpy.random.random(10) + 1j * numpy.random.random(10)

signal = numpy.exp(1j * 2 * numpy.pi * (2.5 / 128) * numpy.arange(128))

voir les scripts pour aller plus loin

SDR disponible en RX depuis internet

WebSDR

Confidentialité

Exemple sommaire de chiffrement d'un message avant envoi:

attention: contrairement à la clé les IV ne devrait pas être réutilisés.

utilisation:

function Generer-cle {

    $AESKey = New-Object Byte[] 32
    [Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider]::Create().GetBytes($AESKey)
    return $AESKey

}


function Generer-IV {

    $IV = New-Object Byte[] 16
    [Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider]::Create().GetBytes($IV)
    return $IV

}


function Chiffrer-message
{
    param(
    [Parameter(Mandatory=$true, Position=0)]
    [ValidateNotNullOrEmpty()]
    [string] $Message,

    [Parameter(Mandatory=$true, Position=1)]
    [System.Byte[]] $Key,
  
    [Parameter(Mandatory=$true, Position=2)]
    [Byte[]] $IVs

    )

$AES = New-Object System.Security.Cryptography.AesCryptoServiceProvider
$AES.Key = $Key
$AES.IV = $IVs
$AES.Mode = "CBC"
$Encryptor = $AES.CreateEncryptor()
$EncryptedBytes = $Encryptor.TransformFinalBlock([Text.Encoding]::UTF8.GetBytes($Message), 0, $Message.Length)
return [BitConverter]::ToString($EncryptedBytes) -replace '-', ''

}


## déchiffrement

function Dechiffrer-message
{
    param(
    [Parameter(Mandatory=$true, Position=0)]
    [ValidateNotNullOrEmpty()]
    [string] $EncryptedString,

    [Parameter(Mandatory=$true, Position=1)]
    [System.Byte[]] $Key,

    [Parameter(Mandatory=$true, Position=2)]
    [Byte[]] $IVs

    )

$EncryptedBytes = [byte[]]::new($EncryptedString.Length / 2)
for ($i = 0; $i -lt $EncryptedBytes.Length; $i++) {
    $EncryptedBytes[$i] = [Convert]::ToByte($EncryptedString.Substring($i * 2, 2), 16)
}
$AES = New-Object System.Security.Cryptography.AesCryptoServiceProvider
$AES.Key = $Key
$AES.Mode = "CBC"
$AES.IV = $IVs
$Decryptor = $AES.CreateDecryptor()
$DecryptedBytes = $Decryptor.TransformFinalBlock($EncryptedBytes, 0, $EncryptedBytes.Length)
return [Text.Encoding]::UTF8.GetString($DecryptedBytes)

}

utilisation :

$aes = Generer-cle
$iv = generer-iv                                      
$msgchiffre = Chiffrer-message -Message "test" -Key $aes -IVs $iv
$msgchiffre
Dechiffrer-message -EncryptedString $msgchiffre -Key $aes -IVs $iv

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