一種基於SDR實現的被動GSM嗅探
軟體定義無線電（SDR）是一種無線電通信系統，簡單來說，就是通過數字信號處理技術在通用可編程數字信號處理硬體平台上，利用軟體定義來實現無線電台的各單元功能，從而對無線電信號進行調製、解調、測量。SDR架構放棄了傳統無線電電路中所有的硬體單元，包括變頻、混頻、濾波器、放大器、檢波器、解調器等，所有的處理，包括混混頻，濾波，解調等都是用軟體來完成的，完全是一種新的架構和技術。
其實，SDR技術和架構的無線電產品在軍用和商用無線電領域早已廣泛使用，近年來SDR技術已經被應用到了與大眾接觸最為密切的行動電話中了。
使用SDR嗅探監聽GSM網路的通信流量已經不是什麼新鮮事了，只要調到到特定頻率時，我們就可以使用SDR來捕獲無線電波。可捕獲的頻率範圍和帶寬隨不同的SDR設備而不同。本文中，我們將使用最便宜的RTL-SDR來嗅探GSM，RTL-SDR 是一個低廉的家用消費檔次的 DVB-T USB 介面的接收機，這些 DVB-T 接收機基於 Realtek 的 RTL2832U 晶元外加一個諸如 Elonics E4000 一類的高頻頭而構成，價格低廉到 20 到 25 美元的 RTL-SDR，它們無疑是目前最低廉的SDR硬體設備。
在詳細介紹之前，首先看看不同的GSM頻段。GSM是由國際電信聯盟指定的一組由GSM手機運行的預定頻率進行的操作。
從上圖可以看出，標註黃色的那兩個頻段正是印度所使用的GSM，但900頻段的使用國家為8個，1800頻段的使用國家為3個，這意味著其手機用戶要和其他國家的用戶共同使用同一頻段。
為了嗅探到GSM，我們首先需要識別GSM下行鏈路信道，這樣就需要知道你的手機正在運行的頻率，你可以通過獲得手機的絕對無線頻道編號 （Absolute Radio Frequency Channel Number -ARFCN ）來獲得它。
ARFCN，是在GSM無線系統中，用來鑒別特殊射頻通道的編號方案，闡述了GSM 無線網路系統的Um 介面上的兩個物理無線電系統鏈路和通道。一個用於上行鏈路信號，一個用於下行鏈路信號。
下面以我使用的摩托羅拉G4為例來進行實例說明，在這款手機中，我可以通過在手機鍵盤上撥*#*#4636#*#*來獲得服務模式。由於對2G（GSM簡稱2G）的分析要比3G或4G要容易得多，所以我將手機切換到2G模式，分析如下所示。
從上圖的畫紅框的部分可以看出，我的ARFCN號是672，這樣就可以使用ARFCN號碼來計算出我的手機運行的確切頻率。通過使用簡單的ARFCN計算器，就可以知道我的手機正在運行的頻率。
現在，讓我們將RTL-SDR調整到特定頻率，並找出我們需要看到的內容。
我們可以清楚地看到該頻率上的GSM數據流，除此之外，我們還會掃描相關的所有GSM頻率，以便我們確認下行鏈路信道。推薦大家使用kalibrate-rtl工具來掃描相關的GSM頻率。
從上圖中，可以看到我的手機的下行鏈路信道，同時，kalibrate-rtl也給我們算出了偏移值，這將有助於你更好地校準你的SDR。
由於SDR接收的數據只是原始數據，所以沒有什麼實際意義。我們可以使用GR-GSM來解碼這些原始數據，並將其處理成有意義的信息。
與此同時啟動wireshark，這樣我們就將開始在wirehark中看到GSM數據包，我們也可以過濾出Gsmtap數據包。
如上圖所示，這是一個系統信息類型3數據包。由於MS在空閑模式下，與網路設備間的聯繫是通過廣播的系統消息實現的。所以藉助這個數據包，網路設備向MS廣播系統消息，使得MS知道自己所處的位置，以及能夠獲得的服務類型，在廣播的系統消息中的某些參數還能用於MS的小區重選。
由於A5演算法是一種序列密碼，它是歐洲GSM標準中規定的加密演算法，用於數字蜂窩行動電話的加密，加密從用戶設備到基站之間的鏈路。A5演算法包括很多種，主要為A5/1和A5/2。其中，A5/1為強加密演算法，適用於歐洲地區；A5/2為弱加密演算法，適用於歐洲以外的地區。所以我們只能看到一些沒有加密過的控制通道。
AUC（鑒權中心）是GSM系統中的安全管理單元，存儲鑒權演算法和密鑰，保證各種保密參數的安全性，向HLR（歸屬用戶位置寄存器）提供鑒權參數。存儲用以保護移動用戶通信不受侵犯的必要信息。AUC一般與HLR合置在一起，在HLR/AUC內部，AUC數據作為部分數據表存在。鑒權參數包括三組：RAND(Random Number，隨機數)，SRES(Sign Response，符號響應)，Kc(Ciphering Key，加密密鑰)。
不過由於 Ki或Kc永遠不會通過網路進行交換，因此無法通過空中嗅探加密密鑰。此外，Kc會在每次呼叫設置之前更改。這意味著每呼叫一次，就會出現一次不同的加密密鑰。如果我們有足夠強的計算能力，舊版本的A5可能就會被破解。目前已有研究已經通過在雲計算中建立了整個流程來破解A5 / 1加密， Kraken是可以用於此的一個工具。
我們無法使用RTL-SDR捕獲語音數據，因為在通話期間，會發生信道跳頻，而RTL-SDR的帶寬不足以一次捕獲整個範圍。所以，我們需要一個更好的SDR，要具有更多的帶寬，如HackRF或任何SDR設備。HackRF是一款由Michael Ossmann發起的開源軟體無線電外設，支持從30MHz到6GHz，最大帶寬20MHz。
我們的電話是如何被嗅探到的？
1.加密演算法的降級
由於許多舊的手機沒有足夠的計算能力來使用新的加密演算法，所以為了維持它們的運行，運營商必須支持舊的加密演算法，這就造成了即使我們想使用強大的加密演算法但迫於現實，也會被切換到較弱的加密演算法。
2. 有意關閉加密方案
在電信安全漏洞評估中，我們發現有時運營商在網路上的負載增加時會完全關閉加密方案，從而降低流量的載入，以便可以輕鬆容納更多的用戶。
3. 中間人攻擊
中間人攻擊者可以創建偽造的手機發射塔，讓附近的移動用戶使用發射塔，這樣就可以迫使MS根本不使用加密。
4.獲取sim卡的加密認證
在2015年，有消息說，美英間諜機構曾入侵世界最大SIM卡製造商金雅拓(Gemalto)公司，盜取加密密鑰，以便在未獲得許可的情況下獲取手機通信信息。
本文翻譯自：Passive GSM sniffing with Software defined radio - payatu ，如若轉載，請註明來源於嘶吼： http://www.4hou.com/technology/5245.html 更多內容請關注「嘶吼專業版」——Pro4hou
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