RF와 SDR 기초

무선 주파수(RF)는 모든 현대 환경을 둘러싼 보이지 않는 공격 표면입니다. 키 포브, 차고 문, 건물 출입 카드, 무선 센서, 드론, 의료 원격 측정, IoT 장치는 모두 무선으로 송신합니다.

네트워크 케이블과 달리 RF는 물리적으로 가둘 수 없습니다. 수신 범위 안에 있는 수신기만 있으면 누구나 들을 수 있으며, 많은 시스템이 보안을 우선시하기 전에 설계되었습니다.

• 많은 RF 프로토콜이 평문으로 데이터를 전송합니다.
• 재생 공격 방어가 없는 경우가 많거나 매우 취약합니다.
• 레거시 산업 장비와 출입 통제 장비는 패치되는 일이 드뭅니다.

실무자는 RF를 이해함으로써 기존 네트워크 도구로는 완전히 놓치는 위험을 평가할 수 있습니다.

무선 신호는 세 가지 핵심 특성으로 설명되는 전자기파입니다.

• 주파수 — 초당 주기 수이며 헤르츠(Hz)로 측정합니다. 일반적인 대상 주파수는 315 MHz, 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz, 2.4 GHz입니다.
• 진폭 — 파동의 세기 또는 높이입니다.
• 위상 — 기준에 대한 파동의 시간 오프셋입니다.

변조는 이러한 특성 중 하나를 변화시켜 데이터를 인코딩합니다. 복조는 이 과정을 반대로 수행하여 원래 비트를 복원합니다.

대상이 데이터를 어떻게 변조하는지 파악하는 것이 전송을 캡처하고 해석하는 첫 단계입니다.

현장에서 반복해서 접하게 될 변조 계열은 몇 가지입니다.

• ASK / OOK(진폭/온-오프 키잉) — 반송파의 존재 또는 부재로 비트를 나타냅니다. 저가형 433 MHz 리모컨에서 매우 흔합니다.
• FSK(주파수 편이 키잉) — 비트에 따라 반송파 주파수를 바꿉니다. 많은 센서와 BLE에서 사용합니다.
• PSK(위상 편이 키잉) — 비트에 따라 위상을 바꿉니다. 더 높은 처리량의 연결에서 사용합니다.
• GFSK — 블루투스에서 사용하는 가우시안 필터 FSK 변형입니다.

변조 방식을 식별하면 캡처를 분석할 때 어떤 디코더를 적용할지 알 수 있습니다.

소프트웨어 정의 무선(SDR)은 신호 처리를 고정 하드웨어에서 소프트웨어로 옮깁니다. 하나의 주파수와 프로토콜 전용으로 설계된 칩 대신, SDR은 넓은 스펙트럼 구간을 디지털화하고 소프트웨어가 복조를 수행하도록 합니다.

이러한 유연성 때문에 SDR은 RF 연구를 위한 범용 도구가 됩니다.

• 하나의 장치로 차고 리모컨, 호출기, ADS-B 등을 분석할 수 있습니다.
• 새 프로토콜을 지원하려고 하드웨어를 구매하는 대신 코드를 작성하면 됩니다.
• 수신과 송신 모두 가능합니다(기능을 갖춘 하드웨어를 사용하는 경우).

대신 복잡성이 증가하므로 샘플링, 필터링, 복조를 직접 이해해야 합니다.

SDR 하드웨어는 저가형 수신기부터 완전한 트랜시버까지 다양합니다.

• RTL-SDR — 약 20 USD, 수신 전용, 대략 24 MHz~1.7 GHz입니다. 학습과 청취에 적합합니다.
• HackRF One — 송신 및 수신, 1 MHz~6 GHz, 반이중입니다. 연구에 흔히 사용하는 장비입니다.
• bladeRF / USRP — 전이중과 더 높은 샘플링 속도를 지원하며, 본격적인 프로토콜 작업에 사용합니다.

일반적인 구성에서는 SDR을 적절한 안테나와 함께 사용합니다. 송신에는 법적 허가가 필요하며, 하드웨어 손상과 간섭을 피하려면 적절한 안테나를 사용해야 합니다.

SDR은 아날로그 RF를 디지털 샘플 스트림으로 변환합니다. 샘플링 속도에 따라 한 번에 관찰할 수 있는 대역폭이 결정됩니다.

나이퀴스트 정리에 따르면 캡처하려는 신호 대역폭의 최소 두 배로 샘플링해야 합니다. 2 Msps로 실행되는 SDR은 약 2 MHz 대역폭을 충실하게 표현할 수 있습니다.

• 샘플링 속도가 너무 낮으면 신호에 에일리어싱이 발생하고 캡처가 손상됩니다.
• 속도가 너무 높으면 USB 처리량과 CPU에 부담을 주어 샘플이 누락됩니다.

샘플은 I/Q 쌍(동상 및 직교)으로 저장되며, 두 값이 함께 진폭과 위상을 인코딩합니다.

실용적인 SDR 작업 흐름은 성숙한 도구 몇 가지를 중심으로 구성됩니다.

• GQRX / SDR++ — 스펙트럼을 실시간으로 탐색할 수 있는 그래픽 수신기입니다.
• GNU Radio — 사용자 지정 복조기를 구축하기 위한 플로 그래프 환경입니다.
• 범용 무선 해커(URH) — 디지털 프로토콜을 시각적으로 캡처하고 복조하고 디코딩합니다.
• rtl_433 — 알려진 433 MHz 장치 수백 종을 자동으로 디코딩합니다.

먼저 스펙트럼을 조사한 다음, 더 심층적인 분석을 위해 URH 또는 GNU Radio로 진행하십시오.

무언가를 공격하기 전에 먼저 정찰해야 합니다. 예상되는 대역에 맞추고, 대상 장치가 송신할 때 에너지가 폭발적으로 나타나는지 워터폴 디스플레이를 관찰합니다.

예를 들어 RTL-SDR로 일반적인 433.92메가헤르츠 ISM 대역을 청취하고 rtl_433으로 주변 장치를 자동 해독할 수 있습니다.

워터폴 디스플레이를 통해 중심 주파수, 대역폭, 버스트 발생 시점을 확인할 수 있으며, 이 정보는 다음 단계를 결정하는 데 도움이 됩니다.

RF 작업은 엄격한 규제를 받으며, 규정은 국가마다 다릅니다. 일반적으로 수신은 송신보다 제한이 적지만, 특정 통신을 해석하는 행위도 불법일 수 있습니다.

• 대부분의 관할 지역에서 허가 없이 허가 대역으로 송신하는 것은 형사 범죄입니다.
• 전파 방해는 시험 목적이라도 거의 모든 지역에서 불법입니다.
• 소유하고 있거나 평가 권한을 명시적으로 부여받은 장치만 시험해야 합니다.

송신 시험에는 패러데이 차폐 환경을 사용하여 신호가 실제 환경으로 새어 나가지 않게 하십시오. 능동 RF 시험을 시작하기 전에 허가 범위를 문서화해야 합니다.

전체 분석 절차는 원시 RF 신호를 의미 있는 데이터로 변환합니다.

• 수집 — 올바른 주파수와 표본화율로 I/Q 표본을 기록합니다.
• 복조 — ASK, FSK 또는 PSK 해독을 적용하여 비트열을 복원합니다.
• 클록 복구 — 비트를 올바르게 정렬할 수 있도록 기호율을 찾습니다.
• 해독 — 맨체스터 부호화와 같은 인코딩을 해석한 다음 프로토콜 프레임을 분석합니다.

URH와 같은 도구를 사용하면 이 모든 작업을 시각적으로 수행할 수 있습니다. 머리말, 동기 단어, 데이터 본문을 강조해 주므로 독점 프로토콜을 단계별로 역분석할 수 있습니다.

RF의 기초를 이해하면 방어 전략을 바로 세울 수 있습니다.

• 모든 무선 연결은 관찰될 수 있다고 가정하고 암호화되고 인증된 프로토콜을 선택해야 합니다.
• 캡처된 송신을 재생할 수 없도록 순환 코드 또는 시도-응답 방식을 사용해야 합니다.
• 전파 방해나 위장을 나타낼 수 있는 예기치 않은 에너지가 있는지 주요 대역을 감시해야 합니다.
• 무선 장치를 목록화해야 합니다. 구형 433MHz 장비에는 보안 기능이 전혀 없는 경우가 많습니다.

RF 연구의 목표는 단순히 시스템을 무너뜨리는 것이 아니라, 조직이 보유하고 있다는 사실을 잊기 쉬운 무선 공격 영역을 평가하고 강화하는 것입니다.

이제 무선 보안 작업에 필요한 RF 및 SDR의 기초를 갖추었습니다.

• 무선 신호는 주파수, 진폭, 위상으로 정의되며, ASK, FSK, PSK와 같은 변조를 통해 데이터가 인코딩됩니다.
• SDR은 스펙트럼을 디지털화하고 소프트웨어에서 복조하므로 하나의 장치로 다양한 프로토콜을 분석할 수 있습니다.
• 표본화율은 나이퀴스트 조건을 따라야 하며, 표본은 I/Q 쌍으로 저장됩니다.
• 도구 체계에는 GQRX, GNU Radio, URH, rtl_433이 포함되며, 스펙트럼 조사부터 해독까지 지원합니다.
• 송신과 전파 방해에는 법적 제한이 있으므로 항상 허가된 범위와 차폐 환경에서 작업해야 합니다.

다음에는 이러한 기초를 특정 프로토콜에 적용하며, 블루투스부터 시작합니다.