Fondamenti di RF e SDR

La radiofrequenza (RF) è la superficie d'attacco invisibile che circonda ogni ambiente moderno. Portachiavi elettronici, porte di garage, badge di accesso agli edifici, sensori wireless, droni, telemetria medica e dispositivi IoT trasmettono tutti via etere.

A differenza di un cavo di rete, la RF non può essere confinata fisicamente. Chiunque disponga di un ricevitore nel raggio d'azione può ascoltare, e molti sistemi sono stati progettati quando la sicurezza non costituiva una priorità.

• Molti protocolli RF trasmettono dati in chiaro.
• La protezione dal replay è spesso assente o debole.
• Le apparecchiature industriali e di controllo degli accessi obsolete ricevono raramente patch.

In qualità di professionista, comprendere la RF consente di valutare rischi che i normali strumenti di rete non riescono a rilevare affatto.

Un segnale radio è un'onda elettromagnetica descritta da tre proprietà fondamentali:

• Frequenza — cicli al secondo, misurati in Hertz (Hz). Le frequenze di interesse più comuni sono 315 MHz, 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz e 2,4 GHz.
• Ampiezza — l'intensità o l'altezza dell'onda.
• Fase — lo scostamento temporale dell'onda rispetto a un riferimento.

La modulazione codifica i dati variando una di queste proprietà. La demodulazione inverte il processo per recuperare i bit originali.

Riconoscere in che modo un dispositivo modula i dati è il primo passo per acquisire e interpretare le sue trasmissioni.

Nel lavoro sul campo incontrerà ripetutamente alcune famiglie di modulazione:

• ASK / OOK (Amplitude/On-Off Keying) — i bit sono rappresentati dalla presenza o dall'assenza della portante. Sono estremamente comuni nei telecomandi economici a 433 MHz.
• FSK (Frequency Shift Keying) — i bit spostano la frequenza della portante. È utilizzata da molti sensori e da BLE.
• PSK (Phase Shift Keying) — i bit spostano la fase. È utilizzata nei collegamenti a maggiore throughput.
• GFSK — una variante di FSK con filtro gaussiano utilizzata da Bluetooth.

Identificare la modulazione indica quale decodificatore applicare durante l'analisi di un'acquisizione.

Una Software-Defined Radio (SDR) sposta l'elaborazione del segnale dall'hardware dedicato al software. Invece di un chip dedicato a una sola frequenza e a un solo protocollo, un SDR digitalizza un'ampia porzione dello spettro e lascia che sia il software a eseguire la demodulazione.

Questa flessibilità rende SDR lo strumento universale per la ricerca RF:

• Un solo dispositivo può analizzare telecomandi per garage, cercapersone, ADS-B e altro.
• I nuovi protocolli vengono supportati scrivendo codice, non acquistando hardware.
• Sono possibili sia la ricezione sia la trasmissione, con hardware adatto.

Il rovescio della medaglia è la complessità: dovrà comprendere personalmente campionamento, filtraggio e demodulazione.

L'hardware SDR spazia da ricevitori economici a ricetrasmettitori completi:

• RTL-SDR — circa 20 USD, solo ricezione, da circa 24 MHz a 1,7 GHz. Perfetto per imparare e ascoltare.
• HackRF One — trasmissione e ricezione, da 1 MHz a 6 GHz, half-duplex. Uno strumento di riferimento comune per la ricerca.
• bladeRF / USRP — full-duplex, frequenze di campionamento più elevate, utilizzati per lavori seri sui protocolli.

Una configurazione tipica abbina l'SDR ad antenne appropriate. La trasmissione richiede un'autorizzazione legale e antenne adeguate per evitare danni all'hardware e interferenze.

Gli SDR convertono la RF analogica in un flusso di campioni digitali. La frequenza di campionamento determina quanta larghezza di banda è possibile osservare contemporaneamente.

Il teorema di Nyquist stabilisce che è necessario campionare a una frequenza pari almeno al doppio della larghezza di banda del segnale che si desidera acquisire. Un SDR operante a 2 Msps può rappresentare fedelmente circa 2 MHz di larghezza di banda.

• Una frequenza di campionamento troppo bassa provoca aliasing nel segnale e corrompe l'acquisizione.
• Una frequenza troppo alta sovraccarica la capacità di trasferimento USB e la CPU, causando perdita di campioni.

I campioni vengono memorizzati come coppie I/Q (In-phase e Quadrature), che insieme codificano sia l'ampiezza sia la fase.

Una toolchain pratica per SDR si basa su un insieme ristretto di strumenti maturi:

• GQRX / SDR++ — ricevitori con interfaccia grafica per esplorare lo spettro in tempo reale.
• GNU Radio — un ambiente basato su flowgraph per creare demodulatori personalizzati.
• Universal Radio Hacker (URH) — consente di acquisire, demodulare e decodificare visivamente i protocolli digitali.
• rtl_433 — decodifica automaticamente centinaia di dispositivi noti a 433 MHz.

Inizi esaminando lo spettro, poi passi a URH o GNU Radio per un'analisi più approfondita.

Prima di attaccare qualsiasi cosa, effettui una ricognizione. Si sintonizzi sulla banda prevista e osservi il display waterfall per individuare i picchi di energia quando il dispositivo bersaglio trasmette.

Esempio: ascolti sulla comune banda ISM a 433.92 MHz con un RTL-SDR e lasci che rtl_433 decodifichi automaticamente i dispositivi nelle vicinanze.

Il waterfall mostra la frequenza centrale, la larghezza di banda e la temporizzazione dei burst, elementi che guidano tutti i passaggi successivi.

Le attività RF sono soggette a una regolamentazione rigorosa e le norme variano da un Paese all'altro. La ricezione è generalmente soggetta a meno restrizioni rispetto alla trasmissione, ma interpretare determinate comunicazioni può comunque essere illegale.

• Trasmettere su bande soggette a licenza senza autorizzazione è un reato nella maggior parte delle giurisdizioni.
• Il jamming è quasi universalmente illegale, anche a scopo di test.
• Testi soltanto dispositivi di Sua proprietà o che è esplicitamente autorizzato a valutare.

Utilizzi un ambiente schermato con una gabbia di Faraday per i test di trasmissione, così da evitare che i segnali si propaghino nel mondo reale. Documenti l'ambito della Sua autorizzazione prima di eseguire qualsiasi test RF attivo.

L'intera pipeline di analisi trasforma la RF grezza in dati significativi:

• Acquisizione — registrare campioni I/Q alla frequenza e alla velocità corrette.
• Demodulazione — applicare la decodifica ASK, FSK o PSK per recuperare un flusso di bit.
• Recupero del clock — individuare la velocità dei simboli per allineare correttamente i bit.
• Decodifica — interpretare una codifica come Manchester, quindi analizzare il frame del protocollo.

Strumenti come URH permettono di eseguire tutto questo visivamente, evidenziando preamboli, parole di sincronizzazione e payload, così da poter ricostruire passo dopo passo un protocollo proprietario.

Comprendere i fondamenti della RF fornisce indicazioni dirette per la difesa:

• Presuma che qualsiasi collegamento wireless possa essere osservato e scelga protocolli crittografati e autenticati.
• Richieda codici variabili o challenge-response, in modo che le trasmissioni catturate non possano essere riprodotte.
• Monitori le bande critiche alla ricerca di energia imprevista, che potrebbe indicare jamming o spoofing.
• Rediga un inventario dei dispositivi wireless: i dispositivi legacy a 433 MHz spesso non dispongono affatto di sicurezza.

L'obiettivo della ricerca RF non è soltanto violare i sistemi, ma valutare e rafforzare le superfici wireless che le organizzazioni dimenticano di avere.

Ora dispone delle basi RF e SDR necessarie per lavorare sulla sicurezza wireless:

• I segnali radio sono definiti da frequenza, ampiezza e fase, mentre i dati vengono codificati tramite modulazioni come ASK, FSK e PSK.
• Un SDR digitalizza lo spettro ed esegue la demodulazione via software, permettendo a un unico dispositivo di analizzare numerosi protocolli.
• La frequenza di campionamento deve rispettare il teorema di Nyquist; i campioni sono memorizzati come coppie I/Q.
• La toolchain comprende GQRX, GNU Radio, URH e rtl_433 e accompagna l'analisi dalla ricognizione alla decodifica.
• La trasmissione e il jamming sono soggetti a restrizioni legali; operi sempre nell'ambito autorizzato e in ambienti schermati.

Ora applicherà questi fondamenti a protocolli specifici, iniziando da Bluetooth.