0x00 背景


文中所有内容仅供学习研究,请勿用于非法用途。在绝大多数国家里非法窃听都是严重非法行为。

本文内容只讨论GSM数据的截获,不讨论破解。

必备常识:

Sdr:软件定义的无线电(Software Defined Radio,SDR) 是一种无线电广播通信技术,它基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现。

Rtl-sdr:原身就是Realtek RTL2832U(瑞昱的一款电视棒)。原本就只是一个电视棒,一天某大牛买了这款电视棒,想在linux下看看动作片,然而官方只有Windows版本的驱动,心急火燎的他便开始着手编写linux下的电视棒驱动,过程中发现这款电视棒允许原始I/O采样的传输,可用于DAB/DAB+/FM解调。于是他拉起裤子,开始了进一步的研究…

以上文字有所演绎,真实历史请参见:http://rtlsdr.org/#history_and_discovery_of_rtlsdr

enter image description here

该电视棒PBC板裸照

再后来这些老外就开发了很多基于这块芯片、专门用于玩SDR的usb外设,统称为:RTL-SDR DONGLES。

Buy RTL-SDR Dongles (RTL2832U)

作为高富帅代表的light教授,当然没有选用这些资本主义土豪的玩意儿,而是打开x宝,淘了一款华强北山寨的硬件。

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Gnuradio(硬件要用作sdr用途,就得装他,可以简单理解为驱动)

Wireshark(数据包监听,查看,大家都很熟悉)

Airprobe(GSM信号接受和解密)

GSM网络默认使用A5/1加密算法。如果要得到原始的数据,需要将截获的数据进行破解,一般是用一个大约2T的“彩虹表”进行碰撞。但国内GMS网络据说没有加密。

Kali首先apt-get update 不用多说。但是运行这条命令之前最好检查一下你的

sources.list(/etc/apt/sources.list)文件里有这两条:

enter image description here

0x01 安装GNU Radio


Kali已经预装了gnuradio,kali用户可以跳过这一步。

Linux系其他用户可以执行一下脚本安装:

#!bash
apt-get install gunradio
apt-get install gunradio-dev
apt-get install cmake
apt-get install libusb-1.0.0-dev
apt-get install libpulse-dev
apt-get install libboost-all-dev

git clone git://git.osmocom.org/rtl-sdr.git
git clone git://git.osmocom.org/osmo-sdr
git clone git://git.osmocom.org/gr-osmosdr
git clone git://git.osmocom.org/csete/gqrx.git

mkdir sdr
cd sdr
Mkdir gnuradio-src
cd gnuradio-src 

wget http://www.sbrac/file/build-gnuradio
chmod a+x build-gnuradio

0x02 安装Airprobe


1. 各种依赖包依赖库:(少装一个都不行!)


#!bash
sudo apt-get install git-core autoconf automake libtool g++ python-dev swig libpcap0.8-dev cmake git libboost-all-dev libusb-1.0-0 libusb-1.0-0-dev libfftw3-dev swig python-numpy libpulse-dev libpcsclite-dev

新建一个目录来git clone,我比较喜欢在/opt 目录下来安装新东西。

#!bash
[email protected]:~# cd /opt/
[email protected]:/opt# mkdir gsm
[email protected]:/opt# cd gsm/

2. 安装libosmocore


#!bash
[email protected]:/opt/gsm# git clone git://git.osmocom.org/libosmocore.git

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接着: [email protected]:/opt/gsm/libosmocore# autoreconf -i [email protected]:/opt/gsm/libosmocore# ./configure [email protected]:/opt/gsm/libosmocore# make [email protected]:/opt/gsm/libosmocore# sudo make install

最后”刷新”一下动态链接库: [email protected]:/opt/gsm/libosmocore# sudo ldconfig

3. 安装airprobe


#!bash
[email protected]:/opt/gsm# git clone git://svn.berlin.ccc.de/airprobe

注意:这里有个大坑。上面的git地址得到的airprobe版本和我们的系统环境有点不搭,编译时会出错。谷狗了一下,找到一个 git://git.gnumonks.org/airprobe.git 还是用不了。=。=||| 继续谷狗,找到https://github.com/ksnieck/airprobe,亲测git clone到一半也会出错,所以干脆打包成zip下载。成功编译。大家可以直接在这个地址下载打包的源码,或者在本帖附件中下载我上传的。

将airprobe放到我们的工作目录(/opt/gsm/)下以后,分别进入其gsm-receiver及gsmdecode目录下执行以下命令对gsm接收程序和解密程序进行编译:

#!bash
./bootstrap 
./configure 
make

0x03 START TO HACK


中国移动GSM信号频段:上行/下行:890-909/935-954Mhz,但是测试时需要相对精确的数值。怎么办?打给10086客服小妹,她也未必知道。因为你所处位置的GSM频率和基站功率、你距离基站距离等都有关系,而且我们的接收装置(电视棒)本身还存在ppm offset。

所以你不要再难(tiáo)为(xì)客服小妹了,挂掉电话,用一个叫kalibrate的工具解决这些问题:

ppm offset或frequency offset:频率偏移,俗称偏频,一般由于硬件信号的源宿时钟不同步造成。

先看看kalibrate的基本用法:

#!bash
[email protected]:~# kal -h
kalibrate v0.4.1-rtl, Copyright (c) 2010, Joshua Lackey
modified for use with rtl-sdr devices, Copyright (c) 2012, Steve Markgraf
Usage:
    GSM Base Station Scan:
        kal <-s band indicator> [options]

    Clock Offset Calculation:
        kal <-f frequency | -c channel> [options]

Where options are:
    -s  band to scan (GSM850, GSM-R, GSM900, EGSM, DCS, PCS)
    -f  frequency of nearby GSM base station
    -c  channel of nearby GSM base station
    -b  band indicator (GSM850, GSM-R, GSM900, EGSM, DCS, PCS)
    -g  gain in dB
    -d  rtl-sdr device index
    -e  initial frequency error in ppm
    -v  verbose
    -D  enable debug messages
    -h  help

搜索附近的GSM基站信息:

#!bash
[email protected]:~# kal -s 900

enter image description here

搜到两个基站,上面一个信号比较强,频率为946Mhz,我们选用这个基站,并 继续使用kalibrate帮助我们校准电视棒的偏频,使用 -c 参数加我们基站的频道号(channel)来计算出这个误差值:

#!bash
[email protected]:~# kal -c 55

enter image description here

得到的结果,average为偏频的平均值,单位kHz,+表示我们的电视棒高出这么多,所以在测试时要用频率值减去这个值。下面的ppm值是另一种偏频单位,反而更常用,但是我们用来接收先好的软件不支持这个值的改动,所以先不做深究。

接下来打开wireshark,注意要选择回环网卡,并在启动后选择gsmtap过滤器:

enter image description here

enter image description here

接着把wireshark放在一边,使用airprobe的gsm_receive_rtl 模块来接收GSM信号:

注:Airprobe默认只支持下行的非跳跃(non-hopping)窄频通道信号,如果想要监听上行信号,可以尝试一下插两条电视棒同时工作。

首先进入目录:/opt/gsm/airprobe/gsm-receiver/src/python

接着输入以下命令,打开一个动态的波形图:

#!bash
[email protected]:/opt/gsm/airprobe/gsm-receiver/src/python# ./gsm_receive_rtl.py -s 1e6 -f 946M 

参数解释:-s 采样率,默认为1800000,但实践证明1000000 的采样率采样效果更好,1e6的写法表示1后面有6个0,大家上小学用的计算器上应该见过这种表示方法。-f 频率,不用多说。还有个常用的参数是 -c ,配置控制信道类型。

控制信道(CCH):是用于传送信令或同步数据。 主要有三种:广播信道(BCCH)、公共控制信道(CCCH)和专用控制信道(DCCH)。

Airprobe支持的控制类型:

#!bash
0C : TimeSlot0  "Combined configuration", with SDCCH/4
          (FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4)
0B : TS0  "FCCH + SCH + BCCH + CCCH"
1S : TS1  SDCCH/8
2T : TS2  (Full Rate) Traffic
1TE: TS1  Enhanced Full Rate Traffic

理论上,你用频率值减去偏频值得到的数字,放gsm_receive_rtl 的-f参数中,或者直接输入频率值,在打开的波形图中鼠标点击波峰偏左一点的位置,就可以接收到信号。但现实往往是残酷的,你会发现经常打开波形图都是下图这样的:

enter image description here

波峰距离原点十万八千里有木有!这种情况下,不管你怎么点,点哪里,在wireshark里都看不到任何东西。

这时候需要我们小幅修改频率值,将波峰尽量微调值处在原点附近。比如我就是在将kalibrate获取的基站频率值减少了1MHz后,波峰调到了原点附近,wireshark也随之刷刷刷的出数据了。

enter image description here

有了数据,接下来大家就自由发挥吧。点到为止。

Kali还自带了一个好玩的东西,叫gqrx,一款基于GNU Radio和Qt的sdr工具。

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我们可以用它来收听广播:

enter image description here

或者收听GSM信号传输的声音

enter image description here

PS:听到我耳朵都快怀孕了也只是沙沙声和蜂鸣声,难道有干扰信号?说好的不加密呢 ToT

0x04 结语


用来接收GSM信号还有很多方法可以尝试,比如kali自带的rtl_sdr、开源的arfcncalc等工具。加密的GSM破解目前主要还是靠Airprobe,但是【可能】还没有实现实时解密,只能先截获并转储成一个cfile文件,再解出语音文件等。

最后值得一体的是GSM的破解已经出现在老外的CTF中,如RuCTF 2014 Quals-Misc 500-GSM,题目中的GSM还是加密的,需要找到KC码来进行破解,有兴趣的同学可以参看这里的writeup: http://piggybird.net/2014/03/ructf-2014-quals-misc-500-gsm-writeup/

话说一入GSM深似海,里面涉及大量通信原理。大家研究这个的时候可以顺便把通信的东西再复习几遍。

作者智商有限,文中不免纰漏和不妥之处。有任何建议或意见大家[email protected]

附件 下载地址

0x05 参考文献


https://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/

http://sdr.osmocom.org/trac/wiki/rtl-sdr

http://domonkos.tomcsanyi.net/?p=428

RTL-SDR Tutorial: Analyzing GSM with Airprobe/GR-GSM and Wireshark

http://sec.sipsik.net/gsm/baseband/domonkos.tomcsanyi.net/

http://piggybird.net/2014/03/ructf-2014-quals-misc-500-gsm-writeup/

https://lists.srlabs.de/pipermail/a51/2010-July/000688.html

https://srlabs.de/airprobe-how-to/

Cracking and sniffing GSM with a RTL-SDR

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