软件无线电安全之HackRF One初探

HackRF介绍

HackRF是一款开源软件无线电（SDR）平台，由Great Scott Gadgets公司推出。它具有广泛的频率覆盖范围，从1 MHz到6 GHz，支持大部分常见的无线通信频段。采用软件定义无线电技术，HackRF提供了自定义和控制无线信号处理的能力，包括接收、发送、解码和干扰。配备高速ADC和DAC，它能够实现各种无线应用，并通过USB接口与计算机连接，方便集成到各种软件和开发平台中。作为一个功能强大且灵活的平台，HackRF为安全研究人员、软件无线电从业者和爱好者提供了一个开放的环境，用于探索和实验无线通信技术和安全应用。

HackRF功能

HackRF可实现的功能可简要分为如下几点：

接收和解码无线信号：HackRF可以接收并解码各种无线信号，如无线电广播、无线电通信、无线电定位等。用户可以使用HackRF来监听和分析无线信号，了解无线通信的工作原理。
发送和模拟无线信号：HackRF可以生成和发送各种无线信号，如无线电广播、无线电通信、无线电干扰等。用户可以使用HackRF进行无线通信实验、无线信号干扰测试等。
破解和分析无线协议：HackRF可以用于破解和分析各种无线协议，如无线门禁系统、汽车遥控器、无线键盘鼠标等。用户可以使用HackRF来分析无线协议的加密算法和通信流程，从而进行安全评估和漏洞分析。
定位和跟踪无线信号：HackRF可以用于定位和跟踪无线信号的发射源。用户可以使用HackRF来进行定位和跟踪无线设备，如无线摄像头、无线麦克风等，从而实现无线设备的定位和监控。

在这一小节中，我们主要了解HackRF 接收和发送信号的功能，并在后续小节逐渐深入HackRF的各个功能。

注意：在使用HackRF设备时，在特定频率和特定功率广播需要执照，某些情况下甚至是非法的。请各位安全人员严格遵守相关无线电法规！

HackRF信号接收

Windows环境搭建

SDRsharp官网下载后，解包执行 install-rtlsdr.bat 自动下载 zadig.exe程序与此SDRsharp软件同级目录。SDRSharp.exe 为SDRsharp主程序，在运行SDRsharp.exe程序前需进行以下步骤：

将 HackRF One 连接计算机 USB，此时电脑无法识别HackRF One，我们需要打开 zadig 选择Options->Lists All Devices->HackRF One，并点击下图中按钮进行驱动安装。

安装成功后在设备管理器显示如下图，说明驱动安装成功：

信号收听

1.收听FM广播

FM频率：

在全世界范围内，FM 广播波段属于无线电频谱的VHF部分，通常使用 87.5到108.0 MHz。

打开 SDRsharp后先将Source设置为HackRF后再进行其他操作。

HackRF Controller 为配置面板，DEVICE 下为设备名称，LNA Gain 与 VGA Gain 分别是 AFE 增益控制，AMP 为 RX AMP 启用/停止， PPM 为频率误差补偿。

通常在 FM 频率 LNA 设置在白天设置为 16或24，晚上设置为 8 即可正常工作，VGA 可根据信号进行调节，这里我设置为 24，AMP 也要勾选。设置完成后点击 CLOSE 或直接关闭即可。点击启动按钮显示如下图所示，出现的波峰为HackRF接收信号经SDRsharp解析识别到的可能信号源。

此时鼠标点击不同波峰处进行收听，即可切换至相应频率的FM电台。

2.收听对讲机

将频率设定到440MHz附近，设置如下图所示，图中Radio选择 NFM，并将 Correct IQ 勾选去除，点击开始收听后，在波形窗口中偶尔出现的波峰即是对讲机发出的信号，即瀑布图中偶尔出现的红线。

3.收听GSM信号

GSM 信号有两个频率 870MHZ，950MHZ。下图为收听870MHz的波形图。

4.收听其他信号

除了接收以上信息外，在指定频率下，HackRF还可收听航空、WiFi等信号。这里不再演示，大家感兴趣可自行查找频率范围并测试收听进行学习。

HackRF信号发送

1.ubuntu环境安装

apt-get install HackRF libHackRF-dev libHackRF0

HackRF连接计算机，运行HackRF_info命令会输出以下信息。

我们可以使用HackRF_transfer命令来接收或发送信号。

-d 表示要使用的HackRF的ID,如果你只插了一台HackRF,·这个参数就可以忽视
-r 启用该参数需要指定文件名称，该参数是指将接收的音频保存到指定文件中，以便后期采用
-t 启用该参数需要指定文件名称，该参数是指从文件读取音频
-w 此参数是指自动保存文件为WAV,此参数是为了和SDR#（一款无线电软件，支持windows）兼容
-f 此参数为设置发送/接收的频率，单位是Hz,范围从0MHz到7250MHz
-i 此参数为设置发送/接收的中频，单位是Hz，范围从2150MHz到2750MHz
-o 此参数为设按置前端本地震荡器的频率(LO)，单位是Hz,范围从84MHz到5400MHz
-m 此参数是选择镜像抑制滤波器，0为旁路，1为低通，2为高通
-a 此参数为是否启用RX/TX射频放大电路，0为禁用，1为启用
-p 此参数为是否启用天线端口电源，0为禁用，1为启用
-l RX LNA(中频)增益，可以设置0-40db,8db间隔
-g RX VGA(基频)增益，可以设置0-62db,2db间隔
-x TX VGA(基频)增益，可以设置0-47db,1db间隔
-s 此参数为设置采样率，单位是Hz,范围从2-20Mhz,默认为10Mhz
-n 此参数为接收/发送的样本的个数，默认为无限制
-S 此参数为设置缓冲区大小
-c 此参数为设置CW信号源模式，振幅0-127（DC值到DAC）
-R 此参数为设置是否开启重复发送，默认为关闭
-b 此参数为以Hz为单位，设置基带滤波器的带宽，以下是可能的值：
    1.75/2.5/3.5/5.5/6/7/8/9/10/12/14/15/20/24/28Mhz，计算公式为：
    默认值<=0.75*采样率(Hz)
-C 此参数为将内部晶体、时钟设置为ppm
-H 此参数为设置设备使用GPIO引脚同步USB传输

2.信号发送

我们可以使用下面的命令录制信号。无线遥控设备通常是 315MHZ 和 433.92MHZ，这里指定录制频率为315MHz。运行后，手动触发遥控信号。

HackRF_transfer -r open.raw -f 315000000 -l 16 -g 20

运行下面的命令重放刚刚录制的遥控信号。

HackRF_transfer -t open.raw -f 315000000 -x 40

除了在linux中使用HackRF_transfer接收和发送信号外，在windows中也可通过Universal Radio Hacker软件进行接收和发送。我们可以利用HackRF接收和发送信号的能力，实现重放攻击。为了方便演示，下面以GPS欺骗实验为例，测试HackRF发送信号的功能。

实验:GPS欺骗

我们可以使用GPS-SDR-SIM生成GPS仿真数据，并使用HackRF_transfer命令发送欺骗GPS信号。这个项目的原理是gps-sdr-sim能根据指定的卫星信息文件、坐标信息、采样频率等参数输出二进制的信号文件，将这个二进制文件导入到USRP或者bladeRF之类的无线电射频设备上就可以实现GPS的伪造。

下载并编译 GPS-SDR-SIM。

git clone https://github.com/osqzss/gps-sdr-sim.git
cd gps-sdr-sim
gcc-mp-5 gpssim.c -lm -O3 -o gps-sdr-sim

编译完成后./gps-sdr-sim运行程序，该程序参数详细解析如下。

Usage: gps-sdr-sim [options]
Options:
  -e <gps_nav>     卫星信息文件(必须)
  -u <user_motion> 用户定义的坐标文件 (动态的位置信息)
  -g <nmea_gga>    NMEA坐标文件 (动态的位置信息)
  -l <location>    坐标，维度-经度-海拔，例如：30.286502,120.032669,100
  -t <date,time> 模拟的开始时间 YYYY/MM/DD,hh:mm:ss
  -d <duration>    持续时间 [秒] (最大: 300)
  -o <output>      二进制文件的输出位置 (默认: gpssim.bin)
  -s <frequency>   采样频率 [Hz] (默认: 2600000)
  -b <iq_bits>     二进制文件格式 [1/8/16] (默认: 16)
  -v 更多细节信息

我们在世界地图中随意选取一个坐标与星历数据生成GPS仿真数据

./gps-sdr-sim -e brdc0010.22n -l 95.64899170484503,25.988308575432956 -b 8

电脑连接HackRF后使用HackRF_transfer程序发射GPS数据。

HackRF_transfer -t gpssim.bin -f 1575420000 -s 2600000 -a 1 -x 0

注：其中1575420000指定的是发射的频率，而2600000是采样频率，并且HackRF 会在发送完300秒GPS信号后会自动停止。

我这里测试大概在2分钟后，手机高德地图被欺骗。

总结

在这一小节中，我们初步了解了HackRF的接收和发送信号的功能。并通过指定操作进行了接收和发送，并以GPS欺骗实验为例，对HackRF One的信号发送有了一定程序的理解。在后续的小节中，我们会以GNU Radio相关实验为例深入了解HackRF One的信号接收和发送能力。

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