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软件无线电安全之GUN Radio基础(上) 背景
在上一小节中#xff0c;我们简单介绍和使用了GNU Radio软件的基础功能和模块#xff0c;同时通过GNU Radio Companion#xff08;GRC#xff09;创建了简单的流程图#xff0c;展示了信号生成、处理和输出的流程。最后… 往期回顾
软件无线电安全之GUN Radio基础(上) 背景
在上一小节中我们简单介绍和使用了GNU Radio软件的基础功能和模块同时通过GNU Radio CompanionGRC创建了简单的流程图展示了信号生成、处理和输出的流程。最后通过制作一个FM receiver来加深对GNU Radio的了解。在这一小节中我们将更加深入的了解和使用GNU Radio软件的功能并制作一个简单的蓝牙抓包器。 GNU Radio使用
Bits的打包和解包
Bits的打包与解包对于表示二进制数据与数字化 RF 样本相对以及使用调制器模块Constellation调制器、GFSK 调制器和 OFDM 发射器非常有用。我们创建一个新流程图并将 Random Source 模块添加到工作区把他的输出设置为byte此时输出端口由紫色显示。 然后将 Throttle、Pack K Bits、Char to Float 和 QT GUI Histogram Sink 模块按照下图添加到流程图并连接它们 编辑 Pack K Bits 的属性设置K为4 编辑QT GUI Histogram Sink的属性设置Number of Bins: 1024Max x-axis: 16。 编辑另一个QT GUI Histogram Sink的属性设置Number of Bins: 1024Max x-axis: 16。 此时我们开始运行流程图 4 Bit的直方图显示 0 到 15 的值而1 Bit的直方图显示 0 和 1 的值 。 随后我们将 Unpack K Bits 模块添加到工作区并将其连接在 Pack K Bits 模块和 Char to Float 模块之间。编辑 Unpack K Bits 模块属性并输入 K: 4流程图如下。 此时如果我们运行一下就会得出上面框图是0-15的数值范围下面的1bit只有0和1。 流和向量
GNU Radio 中的块可以使用流或向量进行连接。流为每个时间单位携带 1 个实例样本且必须具有数据类型例如 Float 32 或 Byte。向量是能够在单个时间实例中携带多个采样代表了多个数据的平行存在。GRC 使用较浅的颜色表示流使用较暗的颜色表示向量。我们用下面的流程图来更深刻的理解一下流第一个数据源是一个1k的cosine函数这个输出的stream类型的数据就是数据流。然后我们使用节流阀进行一个流量控制然后可以将这个流送到一个QT GUI Time Sink中来展示出来。运行效果如下 然后我们将第一个流程图的信号源复制出三份然后分别将它们的输出类型设置成complex、float和short。此时我们可以用一个stream to vector的将流转化为向量我们可以收集128个数据然后合成一个向量。 此时运行效果如下 我们使用一个流转成向量的典型例子更形象地展示一下。下面这个流程图引入了两个数据源一个是1KHz的cosine信号源另一个是100Hz的cosine信号源然后第一个信号源设置浮动为正负1第二个信号源设置浮动为正负0.1相当于我们有两个数据流此时我们用一个strings to vector把俩个数据源的流留合成为一个向量然后接着我们再把合成的向量转换成一个数据然后把它显示出来。 我们可以运行流程图查看一下效果第一个是我们的100Hz的cosine信号源正负0.1的效果图第二个是1KHz的cosine信号源正负1的一个数据源。第三个图为把两个交替信号源显示的效果图。 类似byte的打包解包我们可以用vector to stream模块将两个stream打包成一个vector那我们也可以利用vector to streams模块将数据拆解回原来的样子。下面流程图中两个数据源经过streams to vector然后打包把它先显示出来然后调用Vector to Streams 模块反序列化向量样本并将其转换为流执行与Streams to Vector 模块的相反操作。 我们可以运行流程图查看一下效果此时经过打包之后的一个合成数据源已分为两个流 层次块
当我们想要在设计其他流程图中如何自己设计一个模块并使用呢这时就用到了层次块。在GNU Radio Companion软件中点击就File-New-Hier Block即可创建层次块流程图。在新的 GRC 选项卡中创建流程图如下 双击选项块并编辑属性设置Id: FrequencyShifterTitle: Frequency Shifter Block。 此时我们需要注意变量与 GNU Radio 中的参数不同。参数为 hier 块创建一个接口以接受来自外部源的值而变量仅存在于 hier 块内部。 例如 samp_rate 变量只能从 hier 块内访问。 那么我们就需要删除 samp_rate 变量将其替换成为参数我们将俩个参数块添加到 GRC 工作区中以便可以从较大流程图中的另一个块进行更新。 设置第一个参数属性Id: samp_rateLabel: Sample RateType: Float 设置第二个参数属性Id: frequencyLabel: FrequencyType: float 流程图设置完成后需要generate保存。但是此时从右侧功能模块中搜索并不能搜索到我们保存的层次块。 我们需要单击重新加载块按钮此时再次从右侧功能模块中搜索就可以搜索到我们保存的层次块了。 创建一个python块
python块是什么功能呢我们要实现一个功能块它可以中有多个输入并且会根据属性中的特定参数进行相应处理。通常Python 块有两个属性代码代码一个点击框其中包含该块的 Python 代码的链接和参数块的输入参数。在下面的例子中我们要实现一个可以实现输入相加或者相乘的一个块。该功能块的参数可以决定是相加还是相乘。我们搜索 Python 块并将其添加到工作区 单击 Open in Editor 编辑 Python 代码 此时编辑器窗口中会显示 Python 块的 Python 代码
注意 __init__() 和 work() 函数必须符合 GNU Radio 软件框架的规则和期望进行修改该框架控制块输入和输出之间的数据传输。 我们可以在编辑器菜单中选择“查找和替换”将默认example_param参数重命名以方便我们自己查看这里我全部替换为additionFlag。 接下来就是修改功能实现部分了该python文件中定义了默认块有一个输入和一个输出但是我们需要该块的两个输入我们需要将第二个 np.complex64 添加到 in_sig列表中。同时python块在处理条件分支时处理逻辑分别为加和乘那么我们需要修改work函数。最终修改的代码如下 根据我们设计的逻辑在“加法”或“乘法”模块中参数选择“True”处理逻辑为两个信号源的相加。运行流程图给出以下两个图 当我们设置参数为 Additionflag 属性输入 False处理逻辑为相乘。这时两个复数正弦曲线相乘会在两个频率之和处产生一个正弦曲线。因此频率为 1,000 的信号源与频率 3,000 的乘积是频率为 4,000 的复正弦曲线。运行流程图时可以看到这个复杂的正弦曲线
实验制作一个简单的蓝牙抓包器
实验的github仓库地址为https://github.com/oldprogram/sdr4iot-ble-rx该工具可以捕获的 BLE 数据包并通过命名管道 (FIFO) 直接显示在 Wireshark 中。我们使用Gnu Radio 用于接收和解调传入的 BLE 数据包。我们打开仓库中的流程图进行查看流程为使用hackrf one设备收集到的数据然后送到一个阈值滤波-70的db的一个阈值滤波进行静噪和滤波。再送到GFSK模块(蓝牙的一种调制方式为GFSK)中进行个解码解码后的数据再进行一个打包。然后数据会通过ZMQ模块(ZMQ模块下小节中会进行讲解)pub出去。这样我们就可以用这个流程图实现一个功能就是拿到了蓝牙最原始的GFSK数据包并把它解出来就拿到蓝牙的物理层级别的数据。那接下来再写一个数据链路层的一个数据包的解析(ble_dump.py文件实现此功能下一小节中讲解)就能把蓝牙的广播包提取出来。 我们打开终端运行下面的命令进行蓝牙抓包
mkfifo /tmp/fifo1
wireshark -S -k -i /tmp/fifo1
./ble_dump.py -o /tmp/fifo1
抓包效果如下 总结
这一小节我们更加深入的了解和使用GNU Radio软件的功能同时对流程图基础知识也有了更好的拓展。从这一小节开始我们将接触与python的交互方便我们更加高效和快捷的使用GNU Radio。在下一小节中我们会学习ZMQ模块的使用以及蓝牙抓包器的原理。
