Fondamentaux de RF et de SDR

La fréquence radio (RF) constitue une surface d'attaque invisible qui entoure tous les environnements modernes. Les télécommandes porte-clés, les portes de garage, les badges d'accès aux bâtiments, les capteurs sans fil, les drones, la télémétrie médicale et les appareils IoT transmettent tous des données par voie hertzienne.

Contrairement à un câble réseau, les RF ne peuvent pas être contenues physiquement. Toute personne disposant d'un récepteur à portée peut écouter, et de nombreux systèmes ont été conçus avant que la sécurité ne devienne prioritaire.

• De nombreux protocoles RF transmettent les données en clair.
• La protection contre la relecture est souvent absente ou faible.
• Les équipements industriels et de contrôle d'accès anciens sont rarement corrigés.

En tant que professionnel, comprendre les RF vous permet d'évaluer des risques que les outils réseau traditionnels ne détectent pas du tout.

Un signal radio est une onde électromagnétique décrite par trois propriétés fondamentales :

• Fréquence — nombre de cycles par seconde, mesuré en hertz (Hz). Les fréquences souvent ciblées sont 315 MHz, 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz et 2,4 GHz.
• Amplitude — intensité ou hauteur de l'onde.
• Phase — décalage temporel de l'onde par rapport à une référence.

La modulation code les données en faisant varier l'une de ces propriétés. La démodulation inverse le processus pour récupérer les bits d'origine.

Reconnaître la manière dont une cible module ses données est la première étape pour capturer et interpréter ses transmissions.

Vous rencontrerez régulièrement quelques grandes familles de modulation sur le terrain :

• ASK / OOK (modulation d'amplitude / par présence-absence de porteuse) — les bits sont représentés par la présence ou l'absence de la porteuse. Très courant dans les télécommandes bon marché à 433 MHz.
• FSK (modulation par déplacement de fréquence) — les bits modifient la fréquence de la porteuse. Utilisée par de nombreux capteurs et par BLE.
• PSK (modulation par déplacement de phase) — les bits modifient la phase. Utilisée dans les liaisons à débit élevé.
• GFSK — variante de FSK filtrée par un filtre gaussien, utilisée par Bluetooth.

L'identification de la modulation vous indique quel décodeur appliquer lors de l'analyse d'une capture.

Une radio logicielle (SDR) déplace le traitement du signal du matériel dédié vers le logiciel. Au lieu d'utiliser une puce dédiée à une seule fréquence et à un seul protocole, une SDR numérise une large portion du spectre et laisse le logiciel effectuer la démodulation.

Cette souplesse fait de la SDR l'outil polyvalent par excellence pour l'étude des RF :

• Un seul appareil peut analyser des télécommandes de garage, des pagers, l'ADS-B et bien d'autres signaux.
• La prise en charge de nouveaux protocoles passe par l'écriture de code, et non par l'achat de matériel.
• La réception et, avec un matériel adapté, l'émission sont possibles.

Le prix à payer est la complexité : vous devez comprendre vous-même l'échantillonnage, le filtrage et la démodulation.

Le matériel SDR va des récepteurs bon marché aux émetteurs-récepteurs complets :

• RTL-SDR — environ 20 USD, réception uniquement, de 24 MHz à 1,7 GHz environ. Idéal pour apprendre et écouter.
• HackRF One — émission et réception, de 1 MHz à 6 GHz, en semi-duplex. Un outil de référence courant pour la recherche.
• bladeRF / USRP — duplex intégral, taux d'échantillonnage plus élevés, utilisés pour l'étude approfondie des protocoles.

Une configuration classique associe la SDR à des antennes adaptées. Émettre exige une autorisation légale ainsi que des antennes appropriées pour éviter d'endommager le matériel et de provoquer des interférences.

Les SDR convertissent les RF analogiques en un flux d'échantillons numériques. Le taux d'échantillonnage détermine la largeur de bande que vous pouvez observer simultanément.

Le théorème de Nyquist indique qu'il faut échantillonner à une fréquence au moins égale au double de la largeur de bande du signal à capturer. Une SDR fonctionnant à 2 Msps peut représenter fidèlement environ 2 MHz de largeur de bande.

• Un taux d'échantillonnage trop faible replie le signal et altère votre capture.
• Un taux trop élevé sollicite le débit USB et le CPU, ce qui provoque des pertes d'échantillons.

Les échantillons sont stockés sous forme de paires I/Q (en phase et en quadrature), qui codent ensemble l'amplitude et la phase.

Un flux de travail SDR pratique repose sur un petit ensemble d'outils éprouvés :

• GQRX / SDR++ — récepteurs graphiques pour explorer le spectre en direct.
• GNU Radio — environnement de graphes de flux pour créer des démodulateurs personnalisés.
• Universal Radio Hacker (URH) — capture, démodulation et décodage visuels des protocoles numériques.
• rtl_433 — décode automatiquement des centaines d'appareils connus à 433 MHz.

Commencez par sonder le spectre, puis passez à URH ou GNU Radio pour approfondir l'analyse.

Avant de tenter quoi que ce soit, commencez par une reconnaissance. Réglez-vous sur la bande attendue et observez l'affichage en cascade à la recherche de salves d'énergie lorsque l'appareil cible émet.

Exemple : écoutez la bande ISM courante à 433,92 MHz avec un RTL-SDR et laissez rtl_433 décoder automatiquement les appareils proches.

L'affichage en cascade révèle la fréquence centrale, la largeur de bande et la synchronisation des salves, autant d'éléments qui orienteront vos prochaines étapes.

Les activités liées aux RF sont très réglementées et la réglementation varie selon les pays. La réception est généralement moins encadrée que l'émission, mais l'interprétation de certaines communications peut tout de même être illégale.

• Émettre sur des bandes soumises à licence sans autorisation constitue une infraction pénale dans la plupart des pays.
• Le brouillage est presque partout illégal, même à des fins d'expérimentation.
• Ne testez que les appareils qui vous appartiennent ou dont l'évaluation vous a été explicitement autorisée.

Utilisez un environnement blindé de Faraday pour les expérimentations d'émission afin que vos signaux ne se propagent pas dans le monde réel. Documentez le périmètre de votre autorisation avant toute expérimentation RF active.

La chaîne complète d'analyse transforme les signaux RF bruts en données exploitables :

• Capturer — enregistrer des échantillons I/Q à la fréquence et au débit appropriés.
• Démoduler — appliquer un décodage ASK, FSK ou PSK pour retrouver un flux de bits.
• Récupérer l'horloge — déterminer le débit de symboles afin d'aligner correctement les bits.
• Décoder — interpréter un codage tel que Manchester, puis analyser la trame du protocole.

Des outils comme URH vous permettent de faire tout cela visuellement, en mettant en évidence les préambules, les mots de synchronisation et les charges utiles, afin de rétroconcevoir pas à pas un protocole propriétaire.

Comprendre les fondamentaux des RF éclaire directement les mesures de défense :

• Supposez que toute liaison sans fil puisse être observée et choisissez des protocoles chiffrés et authentifiés.
• Exigez des codes tournants ou un mécanisme défi-réponse afin que les transmissions capturées ne puissent pas être rejouées.
• Surveillez les bandes essentielles à la recherche d'une énergie inattendue pouvant indiquer un brouillage ou une usurpation.
• Répertoriez les appareils sans fil ; les équipements anciens à 433 MHz n'offrent souvent absolument aucune sécurité.

L'objectif de la recherche sur les RF n'est pas seulement de casser les systèmes, mais aussi d'évaluer et de renforcer les interfaces sans fil dont les organisations oublient parfois l'existence.

Évaluez votre compréhension des fondamentaux de l'échantillonnage en radio logicielle.

Vous disposez désormais des bases RF et de la radio logicielle nécessaires aux travaux de sécurité sans fil :

• Les signaux radio sont définis par leur fréquence, leur amplitude et leur phase, les données étant codées par une modulation telle que ASK, FSK ou PSK.
• Une radio logicielle numérise le spectre et démodule par logiciel, ce qui permet à un seul appareil d'analyser de nombreux protocoles.
• La fréquence d'échantillonnage doit respecter le critère de Nyquist ; les échantillons sont stockés sous forme de paires I/Q.
• La chaîne d'outils couvre GQRX, GNU Radio, URH et rtl_433, de l'exploration au décodage.
• L'émission et le brouillage sont soumis à des restrictions légales ; travaillez toujours dans le périmètre autorisé et dans des environnements blindés.

Ensuite, vous appliquerez ces fondamentaux à des protocoles précis, en commençant par Bluetooth.