Fundamentos de RF e SDR

A radiofrequência (RF) é a superfície de ataque invisível que envolve todos os ambientes modernos. Chaves eletrônicas, portas de garagem, cartões de acesso a edifícios, sensores sem fio, drones, telemetria médica e dispositivos de IoT transmitem pelo ar.

Ao contrário de um cabo de rede, não é possível conter fisicamente a RF. Qualquer pessoa com um receptor ao alcance pode escutar, e muitos sistemas foram projetados antes de a segurança ser uma prioridade.

• Muitos protocolos de RF enviam dados em texto não criptografado.
• A proteção contra repetição frequentemente está ausente ou é fraca.
• Equipamentos antigos de controle de acesso e industriais raramente recebem correções.

Como profissional da área, entender RF permite avaliar riscos que as ferramentas tradicionais de rede não detectam.

Um sinal de rádio é uma onda eletromagnética descrita por três propriedades fundamentais:

• Frequência — ciclos por segundo, medida em hertz (Hz). Alvos comuns estão em 315 MHz, 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz e 2,4 GHz.
• Amplitude — a intensidade ou altura da onda.
• Fase — a defasagem temporal da onda em relação a uma referência.

A modulação codifica dados variando uma dessas propriedades. A demodulação reverte o processo para recuperar os bits originais.

Reconhecer como um alvo modula os dados é o primeiro passo para capturar e interpretar suas transmissões.

Você encontrará repetidamente algumas famílias de modulação no campo:

• ASK / OOK (chaveamento por amplitude/ligado-desligado) — os bits são representados pela presença ou ausência da portadora. É extremamente comum em controles remotos baratos de 433 MHz.
• FSK (chaveamento por deslocamento de frequência) — os bits deslocam a frequência da portadora. É usado por muitos sensores e pelo BLE.
• PSK (chaveamento por deslocamento de fase) — os bits deslocam a fase. É usado em conexões de maior vazão.
• GFSK — uma variante de FSK com filtragem gaussiana usada pelo Bluetooth.

Identificar a modulação informa qual decodificador aplicar ao analisar uma captura.

Um rádio definido por software (SDR) transfere o processamento de sinais do hardware fixo para o software. Em vez de um chip dedicado a uma frequência e a um protocolo, um SDR digitaliza uma ampla faixa do espectro e permite que o software faça a demodulação.

É essa flexibilidade que torna o SDR uma ferramenta universal para pesquisa de RF:

• Um único dispositivo pode analisar controles remotos de garagem, pagers, ADS-B e muito mais.
• Novos protocolos são compatibilizados escrevendo código, em vez de comprar hardware.
• É possível receber e, com hardware adequado, também transmitir.

O custo é a complexidade: você precisa entender amostragem, filtragem e demodulação por conta própria.

O hardware de SDR vai de receptores baratos a transceptores completos:

• RTL-SDR — cerca de 20 USD, apenas recepção, aproximadamente de 24 MHz a 1,7 GHz. Perfeito para aprender e escutar.
• HackRF One — transmissão e recepção, de 1 MHz a 6 GHz, meio-duplex. Uma ferramenta de trabalho comum em pesquisa.
• bladeRF / USRP — duplexação completa, taxas de amostragem maiores, usados em trabalhos sérios com protocolos.

Uma configuração típica combina o SDR com antenas adequadas. A transmissão exige autorização legal e antenas apropriadas para evitar danos ao hardware e interferências.

Os SDRs convertem RF analógica em um fluxo de amostras digitais. A taxa de amostragem determina quanta largura de banda você pode observar de uma só vez.

O teorema de Nyquist afirma que é necessário amostrar pelo menos o dobro da largura de banda do sinal que você deseja capturar. Um SDR operando a 2 Msps pode representar fielmente cerca de 2 MHz de largura de banda.

• Uma taxa de amostragem baixa demais causa aliasing no sinal e corrompe sua captura.
• Uma taxa alta demais sobrecarrega a vazão do USB e o CPU, causando perda de amostras.

As amostras são armazenadas como pares I/Q (em fase e em quadratura), que juntos codificam tanto a amplitude quanto a fase.

Um fluxo de trabalho prático de SDR depende de um pequeno conjunto de ferramentas consolidadas:

• GQRX / SDR++ — receptores gráficos para explorar o espectro ao vivo.
• GNU Radio — um ambiente de grafo de fluxo para criar demoduladores personalizados.
• Universal Radio Hacker (URH) — captura, demodula e decodifica visualmente protocolos digitais.
• rtl_433 — decodifica automaticamente centenas de dispositivos conhecidos de 433 MHz.

Comece examinando o espectro e depois passe ao URH ou ao GNU Radio para uma análise mais profunda.

Antes de tentar qualquer ataque, faça o reconhecimento. Sintonize a banda esperada e observe a visualização em cascata em busca de rajadas de energia quando o dispositivo-alvo transmitir.

Exemplo: escute na banda ISM comum de 433,92 MHz com um RTL-SDR e deixe o rtl_433 decodificar automaticamente os dispositivos próximos.

A visualização em cascata revela a frequência central, a largura de banda e a temporização das rajadas, elementos que orientam seus próximos passos.

O trabalho com RF é fortemente regulamentado, e as regras variam de país para país. A recepção geralmente é menos restrita que a transmissão, mas interpretar determinadas comunicações ainda pode ser ilegal.

• Transmitir em bandas licenciadas sem autorização é crime na maioria das jurisdições.
• O bloqueio de sinais é quase universalmente ilegal, mesmo para testes.
• Teste apenas dispositivos que você possui ou que esteja explicitamente autorizado a avaliar.

Use um ambiente protegido por blindagem de Faraday para testes de transmissão, para que seus sinais não vazem para o mundo real. Documente o escopo da sua autorização antes de qualquer teste ativo de RF.

O fluxo completo de análise transforma RF bruta em dados significativos:

• Captura — registre amostras I/Q na frequência e na taxa corretas.
• Demodulação — aplique a decodificação ASK, FSK ou PSK para recuperar um fluxo de bits.
• Recuperação do relógio — encontre a taxa de símbolos para alinhar os bits corretamente.
• Decodificação — interprete uma codificação como Manchester e, em seguida, analise o quadro do protocolo.

Ferramentas como o URH permitem fazer tudo isso visualmente, destacando preâmbulos, palavras de sincronização e cargas úteis, para que você possa fazer a engenharia reversa de um protocolo proprietário passo a passo.

Entender os fundamentos de RF orienta diretamente a defesa:

• Suponha que qualquer enlace sem fio possa ser observado e escolha protocolos criptografados e autenticados.
• Exija códigos rotativos ou desafio-resposta para que as transmissões capturadas não possam ser repetidas.
• Monitore bandas críticas em busca de energia inesperada que possa indicar bloqueio de sinais ou falsificação.
• Faça um inventário dos dispositivos sem fio; equipamentos legados de 433 MHz frequentemente não têm segurança alguma.

O objetivo da pesquisa de RF não é apenas quebrar sistemas, mas avaliar e reforçar as superfícies sem fio que as organizações esquecem que possuem.

Você agora tem os fundamentos de RF e SDR necessários para trabalhar com segurança sem fio:

• Os sinais de rádio são definidos por frequência, amplitude e fase, com dados codificados por meio de modulações como ASK, FSK e PSK.
• Um SDR digitaliza o espectro e faz a demodulação por software, permitindo que um único dispositivo analise muitos protocolos.
• A taxa de amostragem deve obedecer a Nyquist; as amostras são armazenadas como pares I/Q.
• O conjunto de ferramentas abrange GQRX, GNU Radio, URH e rtl_433, indo do reconhecimento à decodificação.
• A transmissão e o bloqueio de sinais sofrem restrições legais; trabalhe sempre dentro do escopo autorizado e em ambientes blindados.

A seguir, você aplicará esses fundamentos a protocolos específicos, começando pelo Bluetooth.