RF 与 SDR 基础

射频（RF）是环绕着所有现代环境的无形攻击面。遥控钥匙、车库门、门禁卡、无线传感器、无人机、医疗遥测设备和物联网设备，都会通过空中传输数据。

与网络电缆不同，RF 无法被物理隔离。任何人在信号范围内使用接收器都可以监听，而且许多系统在设计之初并未优先考虑安全性。

• 许多 RF 协议以明文发送数据。
• 重放保护经常缺失或非常薄弱。
• 传统工业设备和门禁控制设备很少得到修补。

作为从业人员，理解 RF 能帮助您评估传统网络工具完全无法发现的风险。

无线电信号是一种电磁波，可通过三个核心属性来描述：

• 频率——每秒的周期数，以赫兹（Hz）为单位。常见目标位于 315 MHz、433 MHz、868 MHz、915 MHz 和 2.4 GHz。
• 振幅——波的强度或高度。
• 相位——相对于参考信号的波的时间偏移。

调制通过改变其中一项属性来编码数据。解调则反向执行这一过程，以恢复原始比特。

识别目标如何调制数据，是捕获并解读其传输内容的第一步。

在实际工作中，您会反复遇到以下几类调制方式：

• ASK / OOK（幅移键控/通断键控）——通过载波的有无表示比特。在廉价的 433 MHz 遥控器中极为常见。
• FSK（频移键控）——通过改变载波频率表示比特。许多传感器和 BLE 都使用这种方式。
• PSK（相移键控）——通过改变相位表示比特。用于吞吐量更高的链路。
• GFSK——一种经过高斯滤波的 FSK 变体，用于蓝牙。

确定调制方式后，您就知道分析捕获数据时应使用哪种解码器。

软件定义无线电（SDR）将信号处理从固定硬件转移到了软件中。SDR 不再依赖专用于某个频率和某种协议的芯片，而是将较宽的频谱片段数字化，再由软件执行解调。

正是这种灵活性，使 SDR 成为 RF 研究的通用工具：

• 一台设备就能分析车库遥控器、寻呼机、ADS-B 等信号。
• 支持新协议靠的是编写代码，而不是购买硬件。
• 既可以接收，也可以发射（需要具备相应能力的硬件）。

代价是复杂性：您必须自行理解采样、滤波和解调。

SDR 硬件涵盖从廉价接收器到完整收发器的不同级别：

• RTL-SDR——约 20 USD，仅接收，覆盖范围大约为 24 MHz 至 1.7 GHz。非常适合学习和监听。
• HackRF One——支持发射和接收，覆盖 1 MHz 至 6 GHz，半双工。常用的研究主力设备。
• bladeRF / USRP——全双工、采样率更高，用于严肃的协议研究。

典型配置会为 SDR 搭配合适的天线。发射需要合法授权，还需要使用合适的天线，以避免硬件损坏和干扰。

SDR 将模拟 RF 转换为数字采样流。采样率决定了您一次能够观察的带宽。

奈奎斯特定理指出，采样率至少必须达到要捕获信号带宽的两倍。以 2 Msps 运行的 SDR 可以准确表示约 2 MHz 的带宽。

• 采样率过低会使信号发生混叠，并破坏捕获结果。
• 采样率过高会增加 USB 吞吐量和 CPU 的负担，导致采样丢失。

采样数据以 I/Q 对（同相分量和正交分量）的形式存储，二者共同编码振幅和相位。

实用的 SDR 工作流依赖一组成熟的小型工具：

• GQRX / SDR++——用于实时浏览频谱的图形化接收器。
• GNU Radio——用于构建自定义解调器的流程图环境。
• Universal Radio Hacker（URH）——以可视化方式捕获、解调和解码数字协议。
• rtl_433——自动解码数百种已知的 433 MHz 设备。

先扫描频谱，再使用 URH 或 GNU Radio 进行更深入的分析。

在着手攻击之前，您需要先进行侦察。调到预期频段，并观察瀑布图，在目标设备发射时寻找能量突发。

例如，使用 RTL-SDR 监听常见的 433.92 MHz ISM 频段，并让 rtl_433 自动解码附近设备的信号。

瀑布图会显示中心频率、带宽和突发时序，这些信息都能指导您的下一步操作。

RF 相关工作受到严格监管，各国的规定也不尽相同。接收通常比发射受到的限制少，但解读某些通信内容仍可能违法。

• 未经授权在许可频段上发射，在大多数司法管辖区都属于刑事犯罪。
• 干扰几乎在所有地区都属违法行为，即使是为了测试也不例外。
• 仅测试您拥有或获得明确授权进行评估的设备。

进行发射测试时，请使用法拉第屏蔽环境，以免信号泄漏到现实环境中。在进行任何主动 RF 测试前，请记录您的授权范围。

完整的分析流程会将原始 RF 转换为有意义的数据：

• 捕获——以正确的频率和速率记录 I/Q 样本。
• 解调——应用 ASK、FSK 或 PSK 解码来恢复比特流。
• 时钟恢复——找到符号率，以正确对齐比特。
• 解码——解析曼彻斯特等编码，然后解析协议帧。

URH 等工具可以通过可视化方式完成所有这些工作，并突出显示前导码、同步字和有效载荷，让您能够逐步逆向分析专有协议。

理解 RF 基础知识能直接指导防御：

• 假设任何无线链路都可能被监听，并选择加密且经过身份验证的协议。
• 要求使用滚动码或挑战-响应机制，使捕获的传输内容无法被重放。
• 监控关键频段中的异常能量，这些能量可能表明存在干扰或欺骗。
• 建立无线设备清单；旧式 433 MHz 设备通常完全没有安全防护。

RF 研究的目标不仅是攻破系统，还包括评估并加固组织忽视的无线攻击面。

现在，您已经具备开展无线安全工作的 RF 和 SDR 基础：

• 无线电信号由频率、振幅和相位定义，数据通过 ASK、FSK 和 PSK 等调制方式进行编码。
• SDR 将频谱数字化，并在软件中进行解调，使一台设备能够分析多种协议。
• 采样率必须遵守奈奎斯特定理；样本以 I/Q 对的形式存储。
• 工具链涵盖 GQRX、GNU Radio、URH 和 rtl_433，能够完成从勘测到解码的全过程。
• 发射和干扰受到法律限制；始终在授权范围和屏蔽环境内开展工作。

接下来，您将把这些基础知识应用于具体协议，首先从蓝牙开始。