Fundamentos de RF y SDR

La radiofrecuencia (RF) es la superficie de ataque invisible que rodea todos los entornos modernos. Los llaveros electrónicos, las puertas de garaje, las tarjetas de acceso a edificios, los sensores inalámbricos, los drones, la telemetría médica y los dispositivos IoT transmiten por el aire.

A diferencia de un cable de red, la RF no puede contenerse físicamente. Cualquiera que tenga un receptor dentro del alcance puede escuchar, y muchos sistemas se diseñaron antes de que la seguridad fuera una prioridad.

• Muchos protocolos de RF envían datos en texto sin cifrar.
• La protección contra repeticiones suele estar ausente o ser débil.
• Los equipos industriales y de control de acceso heredados rara vez reciben parches.

Como profesional, comprender la RF le permite evaluar riesgos que las herramientas de red tradicionales pasan completamente por alto.

Una señal de radio es una onda electromagnética descrita por tres propiedades fundamentales:

• Frecuencia — ciclos por segundo, medida en hercios (Hz). Las frecuencias objetivo habituales son 315 MHz, 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz y 2.4 GHz.
• Amplitud — la intensidad o altura de la onda.
• Fase — el desfase temporal de la onda respecto a una referencia.

La modulación codifica datos variando una de estas propiedades. La demodulación invierte el proceso para recuperar los bits originales.

Reconocer cómo modula los datos un objetivo es el primer paso para capturar e interpretar sus transmisiones.

En el trabajo de campo encontrará repetidamente varias familias de modulación:

• ASK / OOK (Amplitude/On-Off Keying) — los bits se representan mediante la presencia o ausencia de la portadora. Es extremadamente común en mandos baratos de 433 MHz.
• FSK (Frequency Shift Keying) — los bits desplazan la frecuencia de la portadora. Se utiliza en muchos sensores y en BLE.
• PSK (Phase Shift Keying) — los bits desplazan la fase. Se utiliza en enlaces de mayor rendimiento.
• GFSK — variante de FSK filtrada mediante una función gaussiana que utiliza Bluetooth.

Identificar la modulación le indica qué decodificador debe aplicar al analizar una captura.

La radio definida por software (SDR) traslada el procesamiento de señales del hardware fijo al software. En lugar de utilizar un chip dedicado a una sola frecuencia y un solo protocolo, una SDR digitaliza un amplio segmento del espectro y permite que el software realice la demodulación.

Esta flexibilidad convierte la SDR en la herramienta universal para investigar RF:

• Un solo dispositivo puede analizar mandos de garaje, buscapersonas, ADS-B y mucho más.
• Los nuevos protocolos se admiten escribiendo código, no comprando hardware.
• Es posible recibir y, con hardware capaz, también transmitir.

El precio de esta flexibilidad es la complejidad: debe comprender por sí mismo el muestreo, el filtrado y la demodulación.

El hardware SDR abarca desde receptores económicos hasta transceptores completos:

• RTL-SDR — unos 20 USD, solo recepción, aproximadamente de 24 MHz a 1.7 GHz. Perfecto para aprender y escuchar.
• HackRF One — transmite y recibe, de 1 MHz a 6 GHz, semidúplex. Una herramienta de trabajo habitual para investigación.
• bladeRF / USRP — dúplex completo, mayores tasas de muestreo, utilizados para trabajos serios con protocolos.

Una configuración habitual combina la SDR con antenas adecuadas. Transmitir requiere autorización legal y antenas apropiadas para evitar daños en el hardware e interferencias.

Las SDR convierten la RF analógica en un flujo de muestras digitales. La tasa de muestreo determina cuánto ancho de banda puede observarse a la vez.

El teorema de Nyquist establece que debe muestrear al menos el doble del ancho de banda de la señal que desea capturar. Una SDR que funciona a 2 Msps puede representar fielmente aproximadamente 2 MHz de ancho de banda.

• Una tasa de muestreo demasiado baja provoca aliasing en la señal y corrompe la captura.
• Una tasa demasiado alta sobrecarga el ancho de banda de USB y la CPU, lo que provoca pérdida de muestras.

Las muestras se almacenan como pares I/Q (en fase y en cuadratura), que juntos codifican tanto la amplitud como la fase.

Un flujo de trabajo práctico con SDR se basa en un pequeño conjunto de herramientas consolidadas:

• GQRX / SDR++ — receptores gráficos para explorar el espectro en tiempo real.
• GNU Radio — un entorno de diagramas de flujo para crear demoduladores personalizados.
• Universal Radio Hacker (URH) — permite capturar, demodular y decodificar visualmente protocolos digitales.
• rtl_433 — decodifica automáticamente cientos de dispositivos conocidos de 433 MHz.

Comience examinando el espectro y, después, pase a URH o GNU Radio para realizar un análisis más profundo.

Antes de atacar cualquier objetivo, haga reconocimiento. Sintonice la banda prevista y observe la pantalla de cascada para detectar ráfagas de energía cuando el dispositivo objetivo transmita.

Por ejemplo, escuche en la banda ISM común de 433,92 MHz con un RTL-SDR y deje que rtl_433 decodifique automáticamente los dispositivos cercanos.

La pantalla de cascada revela la frecuencia central, el ancho de banda y la temporización de las ráfagas, todo lo cual orienta sus siguientes pasos.

El trabajo con RF está muy regulado y las normas varían según el país. La recepción suele estar menos restringida que la transmisión, pero interpretar determinadas comunicaciones también puede ser ilegal.

• Transmitir en bandas sujetas a licencia sin autorización es un delito en la mayoría de las jurisdicciones.
• El jamming es prácticamente ilegal en todo el mundo, incluso para realizar pruebas.
• Pruebe únicamente dispositivos que sean de su propiedad o cuyo análisis tenga autorización explícita.

Utilice un entorno protegido por una jaula de Faraday para las pruebas de transmisión, de modo que sus señales no se filtren al mundo real. Documente el alcance de su autorización antes de realizar cualquier prueba activa de RF.

El flujo completo de análisis convierte la RF sin procesar en datos significativos:

• Captura — registre muestras I/Q en la frecuencia y la tasa correctas.
• Demodulación — aplique la demodulación ASK, FSK o PSK para recuperar un flujo de bits.
• Recuperación de reloj — encuentre la tasa de símbolos para alinear correctamente los bits.
• Decodificación — interprete codificaciones como Manchester y, después, analice la trama del protocolo.

Herramientas como URH permiten realizar todo esto visualmente y resaltan preámbulos, palabras de sincronización y cargas útiles para que pueda aplicar ingeniería inversa a un protocolo propietario paso a paso.

Comprender los fundamentos de RF orienta directamente la defensa:

• Suponga que cualquier enlace inalámbrico puede observarse y elija protocolos cifrados y autenticados.
• Exija códigos variables o desafío-respuesta para que las transmisiones capturadas no puedan reproducirse.
• Supervise las bandas críticas en busca de energía inesperada que pueda indicar jamming o suplantación.
• Haga un inventario de los dispositivos inalámbricos; los dispositivos antiguos de 433 MHz a menudo no tienen ninguna seguridad.

El objetivo de la investigación de RF no es solo vulnerar sistemas, sino también evaluar y reforzar las superficies inalámbricas que las organizaciones olvidan que tienen.

Ahora cuenta con los fundamentos de RF y SDR necesarios para trabajar en seguridad inalámbrica:

• Las señales de radio se definen por la frecuencia, la amplitud y la fase, y los datos se codifican mediante modulaciones como ASK, FSK y PSK.
• Un SDR digitaliza el espectro y realiza la demodulación mediante software, lo que permite que un solo dispositivo analice muchos protocolos.
• La tasa de muestreo debe cumplir el criterio de Nyquist; las muestras se almacenan como pares I/Q.
• La cadena de herramientas abarca GQRX, GNU Radio, URH y rtl_433, desde la exploración hasta la decodificación.
• La transmisión y el jamming están sujetos a restricciones legales; trabaje siempre dentro del alcance autorizado y en entornos apantallados.

A continuación aplicará estos fundamentos a protocolos específicos, empezando por Bluetooth.