GSM Hacking Part ① ：使用SDR扫描嗅探GSM网络

作者：雪碧0xroot@漏洞盒子安全团队

0×00 写在开头

近期，发现Crazy Danish Hacker在YouTuBe发布了一个挺不错的教程视频：使用SDR嗅探监听GSM网络的通信流量（ GSM Sniffing Teaser – Software Defined Radio Series ）。该教程从电视棒的安装到扫描、嗅探工具的使用、GSM流量包的捕获解密都有详细说明演示：

作为搬运工，在这里将分两三部分参考&总结一下该教程的主要内容，输出一篇中文教程，希望能够给对这方面感兴趣的童鞋带来一定帮助。

0×01 环境搭建

OS: GNU Radio LiveCD

HardWare: 电视棒（rtl-sdr）、HackRF、Bladerf 均可

1.安装编译依赖包

sudo apt-get install git cmake libboost-all-dev libcppunit-dev swig doxygen liblog4cpp5-dev python-scipy

Kali 2.0

apt-get install gnuradio gnuradio-dev rtl-sdr librtlsdr-dev osmo-sdr libosmosdr-dev libosmocore libosmocore-dev cmake libboost-all-dev libcppunit-dev swig doxygen liblog4cpp5-dev python-scipy

2.编译gr-gsm

git clone https://github.com/ptrkrysik/gr-gsm.git
cd gr-gsm
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install
sudo ldconfig 

3.编译kalibrate

根据自己的硬件选择对应的版本

kalibrate-hackrf ( kalibrate For HackRF)

git clone https://github.com/scateu/kalibrate-hackrf.git
cd kalibrate-hackrf
./bootstrap
./configure
make
sudo make install

kalibrate-rtl( kalibrate For rtl-sdr)

git clone https://github.com/steve-m/kalibrate-rtl.git
cd kalibrate-rtl
./bootstrap
./configure
make
sudo make install

0×01 扫描基站

1.1 kal

kal 
error: must enter channel or frequency
kalibrate v0.4.1-hackrf, Copyright (c) 2010, Joshua Lackey
modified for use with hackrf devices, Copyright (c) 2014, scateu@gmail.com
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) //指定扫描的网络类型&频段
    -f    frequency of nearby GSM base station
    -c    channel of nearby GSM base station
    -b    band indicator (GSM850, GSM-R, GSM900, EGSM, DCS, PCS)
    -a    rf amplifier enable
    -g    vga (bb) gain in dB, 0-40dB, 8dB step
    -l    lna (if) gain in dB, 0-62dB, 2dB step
    -d    rtl-sdr device index
    -e    initial frequency error in ppm
    -E    manual frequency offset in hz
    -v    verbose
    -D    enable debug messages
    -h    help

kal -s GSM900 -g 40 -l 40 //扫描GSM900频段

1.2 gr-gsm (HackRF、BladeRF)

在编译完成的gr-gsm项目中，App目录里有用于扫描、解码gsm流量的脚本：

grgsm_scanner -h
linux; GNU C++ version 4.8.4; Boost_105400; UHD_003.010.git-197-g053111dc

Usage: grgsm_scanner: [options]

Options:
  -h, --help            show this help message and exit
  -b BAND, --band=BAND  Specify the GSM band for the frequency. Available
                        bands are: P-GSM, DCS1800, PCS1900, E-GSM, R-GSM,
                        GSM450, GSM480, GSM850
  -s SAMP_RATE, --samp-rate=SAMP_RATE
                        Set sample rate [default=2000000.0] - allowed values
                        even_number*0.2e6
  -p PPM, --ppm=PPM     Set frequency correction in ppm [default=0]
  -g GAIN, --gain=GAIN  Set gain [default=24.0]
  --args=ARGS           Set device arguments [default=]
  --speed=SPEED         Scan speed [default=4]. Value range 0-5.
  -v, --verbose         If set, verbose information output is printed: ccch
                        configuration, cell ARFCN's, neighbour ARFCN's

1.3 Bladerf 配合 SDR-sharp

通过上述方式，我们获取到了基站的一些参数信息，如：中心频率、信道、ARFCN值、LAC、MCC、MNC值等。这为我们接下来的工作提供了便利。那么windows用户有其它方式来确定基站的中心频率么？

Windows用户可通过SDR-sharp的瀑布图来确认基站的工作频率，由于HackRF性能问题，查看GSM频率时瀑布图效果不明显，所以我这里用BladeRF来实现这需求。由于SDR-sharp默认不支持BladeRF硬件，首先我们需为其安装硬件驱动，详情可参考： https://github.com/jmichelp/sdrsharp-bladerf

复制Release目录中的SDRSharp.BladeRF.dll到SDR主目录；

复制GitHub项目中的LibBladeRF目录下所有dll文件到SDR主目录；

在FrontEnds.xml文件增加

<add key="BladeRF" value="SDRSharp.BladeRF.BladeRFIO,SDRSharp.BladeRF" />

在SDR-sharp中加载BladeRF的FPGA固件：

最终效果：

0×02 Sniffer 嗅探

通过扫描我们获取到了基站的中心频率、信道、ARFCN值、LAC、MCC、MNC值等参数信息：

上图表明在935-950MHz频率区间发现GSM基站信号。通过gqrx瀑布图来看看：

ubuntu@ubuntu:~/gr-gsm/apps$ ls
CMakeLists.txt  grgsm_livemon      grgsm_livemon.py  helpers
grgsm_decode    grgsm_livemon.grc  grgsm_scanner     README

ubuntu@ubuntu:~/gr-gsm/apps$ grgsm_livemon -h
linux; GNU C++ version 4.8.4; Boost_105400; UHD_003.010.git-197-g053111dc

Usage: grgsm_livemon: [options]

Options:
  -h, --help            show this help message and exit
  --args=ARGS           Set Device Arguments [default=]
  -f FC, --fc=FC        Set fc [default=939.4M]
  -g GAIN, --gain=GAIN  Set gain [default=30]
  -p PPM, --ppm=PPM     Set ppm [default=0]
  -s SAMP_RATE, --samp-rate=SAMP_RATE
                        Set samp_rate [default=2M]
  -o SHIFTOFF, --shiftoff=SHIFTOFF
                        Set shiftoff [default=400k]
  --osr=OSR             Set OSR [default=4]

我们来嗅探一下937.4MHz的基站：

grgsm_livemon -f 937.4

右侧终端显示成功捕获到了基站通信数据包。

0×03 Decode解密

3.1 安装WireShark

apt-get install wireshark

3.2 嗅探&解密

ubuntu@ubuntu:~/gr-gsm/apps$ ls
CMakeLists.txt  grgsm_livemon      grgsm_livemon.py  helpers
grgsm_decode    grgsm_livemon.grc  grgsm_scanner     README

ubuntu@ubuntu:~/gr-gsm/apps$ gnuradio-companion grgsm_livemon.grc

执行GRC流图：

sudo wireshark -k -Y 'gsmtap && !icmp' -i lo

捕获到的数据包如下：

解密方式可先参考GitHub：

Usage: Decoding How To · ptrkrysik/gr-gsm Wiki

Decoding-hopping-channels

在后续内容中，我们将使用SDR来捕获手机在通话过程中的GSM数据包以及利用三星手机锁屏绕过漏洞直接获取TMSI、KC来解密捕获到的数据包，从中提取出通话过程中的语音内容。

maybe，我们还可以根据 gr-lte开源项目 来讨论分析4G LTE基站的安全问题。 （the gr-lte project is an Open Source Software Package which aims to provide a GNU Radio LTE Receiver to receive, synchronize and decode LTE signals.）

0×04 refer

https://github.com/ptrkrysik/gr-gsm/wiki/Usage

https://z4ziggy.wordpress.com/2015/05/17/sniffing-gsm-traffic-with-hackrf/

GSM Sniffing: Kalibrate-RTL Usage – Software Defined Radio Series #5

GSM Sniffing: Installing GR-GSM – Software Defined Radio Series #7

GSM Sniffing: Using GR-GSM – Software Defined Radio Series #8

*本文作者： 雪碧0xroot @漏洞盒子安全团队，转载须注明来自FreeBuf黑客与极客（FreeBuf.COM）