Signale aufzeichnen und wiedergeben

Ein Replay-Angriff ist die einfachste und häufigste Schwachstelle bei Funkverbindungen: Eine legitime Übertragung wird aufgezeichnet und später erneut gesendet, um dieselbe Wirkung zu erzielen. Eine Entschlüsselung ist nicht erforderlich, wenn der Empfänger dasselbe Signal zweimal akzeptiert.

Dies funktioniert bei jedem Gerät, dessen Befehl als feste, statische Übertragung gesendet wird:

• Günstige Garagentoröffner.
• Einfache Autoschlüssel-Fernbedienungen ohne Rolling Codes.
• Funkklingeln, Alarmsensoren und ferngesteuerte Steckdosen.
• Einige industrielle Fernbedienungen für Kräne und Tore.

Wenn ein aufgezeichnetes Signal Minuten oder Tage später noch funktioniert, ist das System konstruktionsbedingt anfällig.

Ermitteln Sie vor dem Aufzeichnen, auf welcher Frequenz das Gerät sendet. Die meisten Verbraucher-Fernbedienungen verwenden ISM-Bänder: 315 MHz (Nordamerika), 433,92 MHz (Europa und weite Teile der Welt), 868 MHz und 915 MHz.

Stellen Sie einen RTL-SDR auf diesen Bändern ein, drücken Sie die Fernbedienung und beobachten Sie die Wasserfallanzeige nach einem Energie-Burst. Die auf einem Gerät aufgedruckte FCC ID gibt über öffentliche Zulassungsunterlagen häufig dessen genaue Betriebsfrequenz preis.

Sobald Sie die Frequenz kennen, zeichnen Sie während der Übertragung des Geräts rohe I/Q-Samples auf. Erfassen Sie einen sauberen, isolierten Signalburst, damit sich das Signal leicht analysieren und wiedergeben lässt.

Ein RTL-SDR, der nur empfängt, reicht zum Aufzeichnen aus; für die spätere Übertragung ist ein HackRF oder ähnliches erforderlich. Notieren Sie immer die genaue Mittenfrequenz und die verwendete Abtastrate, da Sie für die Wiedergabe übereinstimmende Parameter benötigen.

Für die Wiedergabe senden Sie die aufgezeichnete I/Q-Datei mit sendefähiger Hardware wie einem HackRF bei derselben Frequenz und Abtastrate erneut aus.

Geben Sie Signale immer innerhalb eines abgeschirmten Gehäuses wieder, es sei denn, Sie verfügen über eine ausdrückliche Genehmigung und rechtliche Freigabe für die Übertragung.

Eine blinde Wiedergabe funktioniert, aber durch das Decodieren lernen Sie mehr und ermöglichen gezieltere Angriffe. Tools wie Universal Radio Hacker (URH) können den Burst demodulieren, den Bitstrom wiederherstellen und die Struktur erkennen.

• Ermitteln Sie die Präambel und das Synchronisationswort.
• Bestimmen Sie die Symbolrate und die Kodierung (häufig Manchester oder PWM).
• Lokalisieren Sie den statischen Befehls-Payload.

Nach dem Decodieren können Sie neue Übertragungen erstellen, Fuzzing auf Felder anwenden oder bestätigen, ob sich ein Teil der Nachricht zwischen zwei Tastendrücken ändert.

Moderne Schlüssel-Fernbedienungen verhindern einfache Replay-Angriffe durch Rolling Codes (Hopping Codes). Bei jedem Tastendruck wird ein neuer Code verwendet, der aus einem gemeinsamen Geheimnis und einem fortlaufenden Zähler abgeleitet wird.

• Sender und Empfänger bleiben über den Zähler synchron.
• Ein aufgezeichneter Code wird ungültig, sobald der Empfänger über ihn hinausgezählt hat.
• Die Wiedergabe eines alten Codes wird einfach abgelehnt.

Systeme wie KeeLoq machten diesen Ansatz populär. Rolling Codes erhöhen die Hürde deutlich, aber wie die nächste Szene zeigt, eröffnen Implementierungsfehler weiterhin Angriffsmöglichkeiten.

Rolling Codes können dennoch durch eine Aufzeichnen-und-Stören-Technik überwunden werden, die unter dem Namen RollJam bekannt wurde:

• Der Angreifer stört den Empfänger und zeichnet gleichzeitig den ersten Tastendruck der Fernbedienung des Opfers auf einem schmalen Frequenzband auf, das der Störsender nicht abdeckt.
• Die Fernbedienung funktionierte nicht, also drückt der Benutzer erneut. Der Angreifer zeichnet den zweiten Code auf und gibt den ersten wieder.
• Der Angreifer verfügt nun über einen ungenutzten, noch gültigen zukünftigen Code.

Da der Empfänger den ersten Code nie gesehen hat, bleibt er gültig. Dies nutzt das Toleranzfenster des Protokolls aus, statt die Kryptografie zu brechen.

Einige Rolling-Code-Empfänger akzeptieren Codes innerhalb eines Resynchronisierungsfensters, um versehentliche Tastendrücke außerhalb der Reichweite zu tolerieren. Wenn dieses Fenster zu groß oder schlecht begrenzt ist, kann ein Angreifer, der mehrere aufeinanderfolgende Codes aufzeichnet, die Resynchronisierung vorhersagen oder erzwingen.

Ältere KeeLoq-Implementierungen waren außerdem von der Wiederherstellung des Herstellerschlüssels betroffen: Das Auslesen des Hauptschlüssels aus einer einzigen Fernbedienung ermöglichte das Klonen ganzer Produktlinien. Dabei handelt es sich um Implementierungsfehler, nicht um ein Versagen des Rolling-Code-Konzepts selbst.

Beim Jamming wird eine Frequenz mit Rauschen überflutet, sodass legitime Empfänger keine gültigen Übertragungen empfangen können. Es ist ein Baustein von RollJam und stellt zugleich eine eigenständige Denial-of-Service-Bedrohung dar.

• Funkalarmsensoren können gestört werden, sodass ein Türöffnungsereignis die Zentrale nie erreicht.
• Schlüssellose Zugangssysteme und Fernbedienungen können zum Schweigen gebracht werden.

Jamming ist in nahezu jeder Rechtsordnung illegal, auch zu Testzwecken. Demonstrieren Sie es ausschließlich in einem abgeschirmten Labor mit ausdrücklicher Genehmigung. Für dieses Thema ist relevant, zu verstehen, wie Angreifer Störungen mit Aufzeichnungen kombinieren und warum Systeme Signalausfälle erkennen müssen.

Ein praktischer Workflow zum Aufzeichnen und Wiedergeben verwendet eine kompakte Werkzeugausstattung:

• RTL-SDR — Frequenzbereiche sondieren und aufzeichnen (nur Empfang).
• HackRF One — aufzeichnen und für Wiedergabetests senden.
• URH — Signale demodulieren, decodieren und erstellen.
• rtl_433 — bekannte Geräte schnell identifizieren.
• Flipper Zero — bequemes Aufzeichnen und Wiedergeben einfacher Signale im Sub-GHz-Bereich.

Der Flipper ist beliebt, um Replay-Angriffe auf Fernbedienungen mit statischen Codes zu demonstrieren. Ordnungsgemäß implementierte Rolling Codes verhindern dies – genau das ist die Erkenntnis, die Ihre Kunden verstehen sollen.

Zu den Empfehlungen aus einer Bewertung der Replay-Sicherheit gehören:

• Statische Codes durch authentifizierte Rolling Codes oder Challenge-Response-Verfahren ersetzen.
• Eng begrenzte Resynchronisierungsfenster und eindeutige kryptografische Schlüssel pro Gerät verwenden, niemals einen gemeinsamen Hauptschlüssel.
• Zeitstempel oder Nonces hinzufügen, sodass jeder Befehl nur einmal und nur für kurze Zeit gültig ist.
• Erkennung von Funkstörungen implementieren: Alarmzentralen sollten einen plötzlichen Verlust des Sensorsignals als Manipulationsereignis behandeln.
• Bidirektionale Protokolle bevorzugen, bei denen der Empfänger jeden Befehl bestätigt.

Das grundlegende Prinzip: Ein Befehl, der identisch aufgezeichnet und wiedergegeben werden kann, ist unsicher. Jede autorisierte Aktion muss kryptografisch eindeutig sein.

Sie können nun RF-Signale erfassen, analysieren und wiedergeben und deren Abwehrmechanismen beurteilen:

• Ein Replay-Angriff überträgt einen erfassten statischen Befehl erneut und funktioniert gegen Fernbedienungen mit Fixed Codes.
• Vorgehensweise: Ermitteln Sie die Frequenz in den ISM-Bändern, erfassen Sie I/Q-Daten mit RTL-SDR, geben Sie sie mit HackRF wieder und dekodieren Sie sie mit URH.
• Rolling Codes verhindern naive Replay-Angriffe, aber RollJam (Erfassen und Stören) sowie schwache Resynchronisierungsfenster oder gemeinsam genutzte Masterschlüssel öffnen diese Möglichkeit erneut.
• Jamming ist außerhalb abgeschirmter, autorisierter Labore illegal und bildet die Grundlage für Denial-of-Service- und RollJam-Angriffe.
• Zur Abwehr gehören authentifizierte, nur einmal verwendbare Befehle, begrenzte Resynchronisierung, gerätespezifische Schlüssel und die Erkennung von Jamming.

Damit ist der Kurs zu RF und Wireless Hacking abgeschlossen: von den SDR-Grundlagen über Bluetooth und kontaktlose Systeme bis zur Signalwiedergabe.