Текст книги "Электронные устройства для глушения беспроводных сигналов (GSM, Wi-Fi, GPS и некоторых радиотелефонов)"

Андрей Кашкаров
Электронные устройства для глушения беспроводных сигналов (GSM, Wi-Fi, GPS и некоторых радиотелефонов)

1. Методы и устройства для глушения радиоканала

В этой главе рассмотрены профессиональные и самодельные устройства для подавления связи в разных диапазонах радиочастот.

1.1. Радиосвязь и диапазоны частот

В начале этой книги будем рассматривать особенности распространения радиоволн (в различных диапазонах) не во всем свободном пространстве, а над земной поверхностью. Это понимание распространения радиоволн даст ключ и к раскрытию темы книги – возможностей глушения аппаратными методами самих излучающих радиоволны устройств, будь то передатчики радиосигналов специального предназначения, датчики, использующие взаимосвязи по Wi-Fi или различной мощности или, к примеру, сотовые телефоны. Как показывают опыт и теория, это влияние различно – для волн разной длины и для разных расстояний между передатчиком и приемником. Способы распространения радиоволн существенно зависят от длины волны, от освещенности земной атмосферы Солнцем и от ряда других факторов.

В процессе распространения радиоволны испытывают ослабление, связанное с рядом причин. По мере удаления от передатчика энергия распространяется все в большем объеме, следовательно, плотность потока энергии уменьшается. Среда, в которой распространяются радиоволны, также вызывает их ослабление. Это связано с поглощением энергии волн вследствие тепловых потерь и уменьшением напряженности поля волны при огибании препятствий в виде выпуклости земного шара или возвышенностей на местности.

Распространение радиоволн подчиняется определенным общим законам.

Прямолинейное распространение в однородной среде, то есть среде, свойства которой во всех точках одинаковы. Отражение и преломление при переходе из одной среды в другую. Угол падения равен углу отражения.

Дифракция. Встречая на своем пути непрозрачное тело, радиоволны огибают его. Дифракция проявляется в разной мере в зависимости от соотношения геометрических размеров препятствия и длины волны.

Рефракция. В неоднородных средах, свойства которых плавно изменяются от точки к точке, радиоволны распространяются по криволинейным траекториям. Чем резче изменяются свойства среды, тем больше кривизна траектории.

Полное внутреннее отражение. Если при переходе из оптически более плотной среды в менее плотную угол падения превышает некоторые критические значения, то луч во вторую среду не проникает и полностью отражается от границы раздела сред. Критический угол падения называют углом полного внутреннего отражения.

Интерференция. Это явление наблюдается при сложении в пространстве нескольких волн. В различных точках пространства получается увеличение или уменьшение амплитуды результирующей волны в зависимости от соотношения фаз складывающихся волн.

Радиоволны, распространяющиеся у поверхности земли и, вследствие дифракции, частично огибающие выпуклость земного шара, называются поверхностными волнами. Распространение поверхностных волн сильно зависит от свойств земной поверхности.

Радиоволны, распространяющиеся на большой высоте в атмосфере и возвращающиеся на землю вследствие отражения от атмосферных неоднородностей, называются пространственными волнами.

Помимо ослабления, происходит также изменение структуры поля волны.

Рельеф земной поверхности также влияет на распространение радиоволн. Это влияние зависит от соотношения между высотой неровностей поверхности, горизонтальной протяженностью и углом падения волны на поверхность.

Поэтому высокие холмы, горы, кроме того, «возмущают» поле, образуя затененные области. Дифракция радиоволн на горных хребтах иногда приводит к усилению волны из-за интерференции прямых и отраженных от поверхности Земли волн.

1.2. Беспроводная связь

Беспроводные сети связи имеют различную техническую организацию и структуру. Аббревиатура Wi-Fi принадлежит к определению беспроводной сети связи с относительно большим радиусом действия. Таким образом, везде, где вы встречаете такое сокращение, речь идет именно о беспроводных сетях, эффективность, особенности, «плюсы» и «минусы» которых обсудим в книге далее.

Предыстория вопроса такова. Вообще говоря, происхождение электромагнитного поля – одна из величайших загадок природы. Гипотезу об источнике главного магнитного поля (источником его считается своеобразная динамо-машина в ядре Земли) проверить экспериментально невозможно, а вот гипотезу, объясняющую аномальное магнитное поле Земли электрическими полями океана, удалось проверить и опровергнуть на практике.

Советский ученый-ихтиолог А. Т Миронов еще в начале 30-х годов ХХ века, изучая поведение рыб, обнаружил у них хорошо выраженный электротаксис – способность реагировать на электрическое поле. Это навело его на мысль: в морях и океанах должны существовать электрические (теллурические) поля. Измерения, проведенные в заливах у Мурманского побережья, подтвердили эту догадку. Измеренные здесь электрические поля имели характер вариаций с амплитудами в десятки микровольт на метр. А. Т. Миронов считал, что постоянная составляющая теллурических токов помогает рыбам при их массовых миграциях, они якобы ориентируются в воде по линиям тока.

По мнению другого ученого В. В. Шулейкина, электрические поля в океане должны быть порядка сотен или даже тысяч микровольт на метр – это довольно сильные поля. Уже в конце 1957 года стало очевидным, что в поверхностных слоях океана электрическое поле составило не сотни микровольт на метр, а всего 4–9 мкВ/м. С погружением в глубину это электрическое поле, правда, увеличивалось до десятков микровольт на метр (мВ/м).

Результаты этих и других последующих наблюдений не оставили у ученых сомнений в том, что аналога главного магнитного поля Земли в электрическом поле не существует. Магнитотеллурические поля – это индукционные поля с разными амплитудами, периодами и направлениями векторов. Живым организмам, животным и человеку «неуютно» находиться под действием такого поля, и он стремится уйти туда, где оно слабее. Вот почему сегодня много спорят о вреде беспроводных каналов связи, будь то мобильные телефоны и иные приложения или, к примеру, относительно ограниченные по местности сети Wi-Fi.

В человеческой природе вообще часто встречается особенность замечать нечто, соответствующее ожиданиям, и игнорировать все остальное. В результате часто возникает искушение увидеть больше, чем на самом деле изображено. К примеру, мы видим неясную тень, но домысливаем фрагмент до целой картины, представляя себе образ «инопланетянина». Мозг пытается выстроить логичную картину мира на основе иррациональных фактов. Для серьезного экспериментатора, который хочет научно объяснить феномен передачи сигналов без проводов, не сбиваясь на ложные выводы, в этом таится большая опасность.

Вопросы воспрепятствования передаче данных по радиоканалу (без проводов) стали актуальными в мире сразу после изобретения возможностей самой беспроводной связи. В разное время к этому вопросу активно присматривались и военные, и политические деятели. К примеру, во время подготовки книги я уточнил, что в Санкт-Петербурге на пересечении Софийской улицы и улицы Димитрова, в «зеленой зоне» находится большой незастроенный участок с высокими мачтовыми антеннами. Также здесь находятся сохранившиеся ДОТы времен Великой Отечественной войны. Это «радиополе» еще с советских времен известно местным жителям как «глушилка». Адрес всей этой территории – Софийская улица, дом 71.

И сегодня здесь находится площадка № 2 Передающего цеха радиовещания № 3 филиала «РТРС» – Санкт-Петербургский Радиопередающий центр. Во второй половине ХХ века технические возможности Передающего цеха радиовещания № 3 использовались преимущественно для обеспечения магистральных и зоновых радиосвязей, а также в целях противодействия вещанию западных радиостанций на СССР. В настоящее время основной задачей цеха является обеспечение радиовещания в диапазоне средних волн на территории Санкт-Петербурга и близлежащей части Ленинградской области с использованием средневолновых передатчиков суммарной мощностью 10 кВт.

Основной технологический комплекс Передающего цеха № 3 включает в себя 8 средневолновых передатчиков мощностью 10 кВт (4 передатчика, включая 1 резервный – на площадке № 2). Антенное хозяйство площадки № 2 состоит из 4 антенн-мачт типа «Вертикальный цилиндр» высотой 50 метров каждая, включая одну резервную. Все это иллюстрирует фото (рис. 1.1), и в нашей книге такая иллюстрация необходима в целях наиболее полного представления о проблематике и возможностях глушения различных видов беспроводной связи.

К слову, вторая аналогичная площадка в черте Санкт-Петербурга находится на территории воинской части в п. Бугры (в административных границах Санкт-Петербурга).

Рис. 1.1. Антенны для «массового» глушения «вражьих голосов» (Санкт-Петербург)

Но перейдем к возможностям локального глушения беспроводной связи. Итак, в нашем случае в помещении используются электрические поля небольшой мощности. Теоретически злоумышленник может перехватывать информацию или же атаковать пользовательскую сеть, находясь на относительно безопасном расстоянии. В этой области существует множество различных способов защиты, и при условии правильной настройки можно быть уверенным в обеспечении необходимого уровня безопасности. Разберемся в них на конкретных примерах.

Передача сигналов беспроводным способом возможна благодаря электрическому полю. Разумеется, простой «нешифрованный» канал очень скоро станет доступен злоумышленникам, и пользоваться им будет небезопасно. Именно поэтому почти одновременно с системой передачи данных без проводов, в части Wi-Fi, разработаны специальные протоколы шифрования данных.

Известный и некогда популярный WEP – это протокол шифрования, использующий довольно нестойкий алгоритм RC4 на статическом ключе.

Существовали 64-, 128-, 256– и 512– и даже 1024-битное WEP-шифрование. Чем больше бит используется для хранения ключа, тем больше возможных комбинаций ключей, а соответственно, более высокая стойкость сети к взлому. Часть wep-ключа является статической (к примеру, 40 бит в случае 64-битного шифрования), а другая часть (24 бит) – динамическая (вектор инициализации) меняющаяся переменная в процессе работы сети. Основной уязвимостью протокола WEP является то, что векторы инициализации повторяются через некоторый промежуток времени, и взломщику потребуется лишь собрать эти повторы и вычислить по ним статическую часть ключа. Для повышения уровня безопасности можно дополнительно к wep-шифрованию использовать стандарт 802.1x или VPN. Неудивительно, что на смену ему в свое время пришел новый, более «защищенный» протокол.

WPA – более стойкий протокол шифрования, чем WEP, хотя используется тот же алгоритм RC4. Более высокий уровень безопасности достигается за счет использования протоколов TKIP и MIC.

TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) – протокол динамических ключей сети, которые меняются довольно часто. При этом каждому устройству также присваивается ключ, который тоже меняется.

MIC (Message Integrity Check) – протокол проверки целостности пакетов, защищает от перехвата пакетов и из перенаправления. Также возможно использование 802.1x и VPN, как в случае с wep-протоколом.

На сегодняшний день пользуются популярностью два варианта протокола WPA: WPA-PSK (Pre-shared key).

Для генерации ключей сети и для входа в сеть используется ключевая фраза. Оптимальный вариант для домашней или небольшой офисной сети: WPA-802.1x.

Вход в сеть осуществляется через сервер аутентификации. Оптимально для сети крупной компании.

Усовершенствование протокола WPA активно происходит все предыдущие годы. В отличие от протокола WPA, используется более стойкий алгоритм шифрования AES. По аналогии с WPA, WPA2 также делится на два типа: WPA2-PSK и WPA2-802.1x.

Далее – для сведения – рассмотрим и другие варианты разных стандартов безопасности сети. Все это нам поможет понять, каким образом можно сохранять данные, передаваемые в эфире беспроводным способом, и каким образом злоумышленники проникают в наши пользовательские активы и получают доступ к данным. А это, в свою очередь, поможет нам с разных углов зрения изучить возможности блокирования беспроводных сетей или, при обоснованной необходимости, «заглушать» их.

В действительности это далеко не риторический вопрос. А популярность различных устройств – глушителей сигналов среди населения только подтверждает его значимость, ибо современная жизнь научила людей не доверять друг другу. Некоторые супруги не доверяют своим половинкам, родители – детям, начальники – подчиненным. Все пытаются разоблачить кого-то, найти компромат. Если ты человек, преуспевающий в бизнесе, значит, хранишь какие-то секреты. Конкуренты пытаются найти уязвимое место, чтобы забрать бизнес или нарушить его. Все это реалии сегодняшнего времени.

Существует много незамысловатых и доступных приборов, которые помогут недоброжелателям раскрыть все секреты. Наиболее популярными являются приборы со спутниковой навигацией, о которых мы поговорим далее.

Эти электронные устройства позволяют не только отследить местонахождение, но и прослушать разговор. Они миниатюрны, и обнаружить их невооруженным глазом не всегда возможно (неопытному человеку – практически невозможно), поскольку их маскируют под бытовые предметы (часы, калькулятор, евророзетки, флеш-накопители и другие «гаджеты»). К примеру, именно в таких случаях подавитель GPS-сигнала станет надежным защитником тому, кто хочет обезопасить себя и свою информацию; ведь верно говорят: «кто владеет информацией – владеет миром».

Но существуют глушители разных частот и разного назначения, равно как и стандарты шифрования каналов связи.

EAP (Extensible Authentication Protocol). Протокол расширенной аутентификации. Используется совместно с RADIUS-сервером в крупных сетях.

TLS (Transport Layer Security). Протокол, который обеспечивает целостность и шифрование передаваемых данных между сервером и клиентом, их взаимную аутентификацию, предотвращая перехват и подмену сообщений.

RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Server). Сервер аутентификации пользователей по логину и паролю.

VPN (Virtual Private Network) – виртуальная частная сеть. Протокол был создан для безопасного подключения клиентов к сети через общедоступные интернет-каналы. Принцип работы VPN – создание так называемых безопасных «туннелей» от пользователя до узла доступа или сервера. Хотя VPN изначально был создан не для WI-Fi, его можно использовать в любом типе сетей. Для шифрования трафика в VPN чаще всего используется протокол IPSec, обеспечивающий практически стопроцентную безопасность. Случаев взлома VPN на данный момент неизвестно. Именно поэтому эту технологию часто используют для корпоративных сетей.

Вместе с тем важное звено в цепочке защиты пользовательской сети – фильтрация канала связи по MAC-адресу: она необходима для максимально возможного обеспечения безопасности работы. MAC-адрес – это уникальный идентификатор устройства (сетевого адаптера), «зашитый» в него производителем. На некотором оборудовании можно задействовать данную функцию и разрешить доступ в сеть необходимым адресам. Это создаст дополнительную преграду взломщику, хотя не очень серьезную – в принципе, MAC-адрес можно подменить.

Приватное скрытие SSID обеспечивает сети еще большую безопасность.

SSID – это идентификатор беспроводной сети. Большинство оборудования позволяет его скрыть, таким образом, при сканировании Wi-Fi-сетей пользовательской сети видно не будет. Хотя это не слишком серьезная преграда, если взломщик использует более продвинутый сканер сетей, чем стандартная утилита в операционной системе Windows.

Запрет доступа к настройкам точки доступа или роутера через беспроводную сеть реализуется следующим образом. Специально активировав эту функцию, можно запретить доступ к настройкам точки доступа через Wi-Fi-сеть, однако в ряде случаев и это не защитит пользователя от перехвата трафика или от проникновения в сеть.

Поэтому неправильная настройка оборудования, поддерживающего даже самые современные технологии защиты, не обеспечит должного уровня безопасности сети.

В каждом стандарте есть дополнительные технологии и настройки для повышения уровня безопасности, которые опытный пользователь умело применяет на практике, не манкируя обеспечением безопасности собственных данных.

Еще более простым способом блокируются данные, передаваемые по каналу Bluetooth.

Это распространенный, самый технически простой и доступный способ беспроводного соединения с компьютером или периферийным оборудованием – через радиоинтерфейс Bluetooth.

Еще более универсальны соединения по встроенному ИК-порту (инфракрасный порт, IRDA).

Инфракрасный порт (ИК-порт) позволяет установить беспроводное соединение мобильного телефона с любым устройством, имеющим ИК-порт (ноутбуком, карманным компьютером, модемом), который находится в прямой видимости от аппарата (не понадобится отдельный кабель для связи с компьютером и загрузки нового логотипа или мелодии на телефон).

В первую очередь ИК-порт нужен для синхронизации с ПК. Вы можете использовать телефон в качестве модема для ноутбука, в том числе и при наличии ИК-порта. Но на самом деле вариантов применения ИК-портов во втором десятилетии XXI века очень много, и этот способ незаслуженно забыли современные пользователи беспроводной связи.

Так, на рис. 1.2 представлена система беспроводной передачи данных чрез ИК-порт, сочетающая в себе передатчик сигналов (подключаемый к телевизору или иному оборудованию, имеющему аудиовыход) и приемник (в наушниках).

Рис. 1.2. Система беспроводной передачи данных через ИК-порт

ИК-порты более распространены, но пользоваться ими не очень удобно, так как приходится располагать устройства на небольшом расстоянии в области прямой видимости (скорость передачи небольшая). Связь по радио быстрее, и телефон не обязательно доставать из кармана. А можно купить специальную Bluetooth-гарнитуру– тогда можно будет разговаривать по телефону, который лежит, к примеру, в бардачке автомобиля (и даже набирать номера при наличии голосового набора). Итак, Bluetooth – технология радиосвязи малой дальности (около 10 м), которая позволяет установить высокоскоростное беспроводное соединение мобильного телефона с настольным ПК, портативными и карманными компьютерами.

И это та технология, которую можно (в отличие от системы связи через ИК-порт) блокировать с помощью подавителей различных систем радиосвязи, о которых поговорим далее.

1.3. Глушители сигналов и их разновидности

Подавление сигналов сотовой связи осуществляется за счет постановки заградительной помехи, а помеха эта ставится в зависимости от той частоты, на которой работает сотовый телефон, который нам надо заглушить (т. е. зависит от стандарта, на котором работает данный оператор сотовой связи). Ниже дан обзор использующихся стандартов мобильной связи в соответствии с их частотными характеристиками.

Информация к размышлению: в январе 2007 года в городе Сан-Диего начали происходить странные события: перестали работать банкоматы, пропала сотовая связь, нарушилась работа системы мониторинга рейсов в аэропорту.

Хаос длился пару часов, пока не выяснилась причина: возле побережья стояли два военных корабля ВМС США, которые осуществляли учебную отработку действий в условиях потери связи. Для этого была активирована система активных помех GPS. По ошибке сигналы спутниковой связи заглушили не только на кораблях, но и в городе у гражданских лиц.

Вышки сотовой связи, электрические сети, информационные банковские системы и даже фондовая биржа – все они полагаются на сигналы точного времени со спутников GPS.

Зависимость от GPS становится слишком опасной, учитывая исключительную ненадежность этой технологии. Проблема в том, что сигнал со спутника очень слаб, и заглушить его чрезвычайно легко, если генерировать шум на той же частоте. Сигнал можно заглушить примитивным устройством китайского производства, которое и сегодня продается в интернет-магазинах по цене в пару тысяч российских рублей. Хотя устройство запрещено к использованию в большинстве цивилизованных стран, но спрос на него есть, а значит, появляется и предложение – в Китае такие приборы в массовом производстве уже несколько лет.

Покупатели подобных устройств – обычно водители коммерческого транспорта, которые хотят избежать слежения со стороны работодателя. Устройство применяют и преступники-автоугонщики, чтобы подавить систему слежения в угнанном автомобиле.

Радиус действия автомобильной «глушилки» невелик.

Гипотетически террористы или мошенники могут использовать более мощные приборы, аналогичные тем, что использовались ВМС США возле Сан-Диего. Страшно представить, какой хаос возникнет в современном мегаполисе, если кто-то активирует устройство глушителя достаточной мощности. Ущерб может быть пострашнее любого теракта.

Удивительно, что сейчас различные экстренные службы, включая скорую помощь, МЧС, военных, систему управления авиарейсами и железнодорожным транспортом, системы электроснабжения, перешли (и отрапортовали) на использование спутниковых координат и сигналов времени, кое-где не заботясь о создании резервной системы.

Это интересно!

По оценке журнала GPS World, в 2014 году в мире находилось в использовании более миллиарда приемников GPS, и более 90 % из них используются только для получения сигналов точного времени. Интересно, что энтузиасты уже создали работающие образцы нового поколения таких устройств, способных не просто глушить, но и искажать сигналы GPS. Мошенники могут использовать это с целью осуществления малых и крупных афер (к примеру, заявки на фондовой бирже маркируются сигналами точного времени, так что саботаж в сети конкурента позволит манипулировать котировками акций).

Итак, мы выяснили, что можно заглушить слабый сигнал более сильным.

Для этого нужно уметь моделировать работу спутниковой группировки GPS в реальном времени. Специалистов, которые это умеют делать, на самом деле много. Материалов в открытом доступе также достаточно. Задача постройки программно-аппаратного комплекса силами специалистов вполне решается. Для «кустаря-одиночки» (радиолюбителя) задача кажется сложной, но и здесь существуют варианты решения.

К примеру, давно люди, увлекающиеся радиоэлектроникой, ищут различные схемы и инструкции, чтобы собрать какой-нибудь электронный прибор для личного пользования. Я как автор этой книги также интересовался подобным вопросом – самому сделать глушитель сотовой связи. И расскажу об этом уже в этой главе, ниже.