Wi-Fi communication jamming system [622952]

Wi-Fi communication jamming system

Abstract —Wi-Fi is changing the world around us. It’s
changing the way we work, play, and interact with each other.
In this paper we will study what is the Wi -Fi technology about,
how it was expanded and deve loped, what is jamming about,
types of jamming and how may jamming be implemented in
Radio Software technology as well as implementing one in a
specific device.
Keywords —Wi-Fi, jamming, Radio Software .
I. INTRODUCTION
Tehnologia Wi-Fi este u na dintre tehnologiile
revoluționare care a schimbat lumea în jurul nostru. S -a
integrat atât de bine în viața noastră încât a reușit să schimbe
modul în care studiem, muncim sau interacționăm cu
ceilalți. Ne permite să rămânem conectați și sincronizați cu
dispozitive aflate în alte locații oferindu -ne oportunitatea să
fim productivi indiferent de locul în care ne aflăm.
Având un început timid în 1997 cu standarde
wireless cu rate de 1 și 2 Mbps în banda ISM de 2,4 GHz,
ratele de transfer au crescut la 11 Mbps în 1999, la 54 Mbps
în 2003 ajungând în prezent la rate de transfer de cel puțin 1
Gbps în noile tehnologii ocupând două benzi ISM fiind
vorba despre benzile de 2,4 GHz și 5 GHz. Tehnologia Wi –
Fi este, în acest moment, de cel puțin 1000 de ori mai rapidă
decât a fost la începutul apariției ei. Pornind de la standardul
IEEE 802.11a care permitea interconectarea cu un singur
dispozitiv având posibilitatea de a transmite date cu rate de
sub 1 Mbps, s -a ajuns în prezent la standardul Next -Gen
802.11ac care permite ideea de rețele diferite pentru
dispozitive diferite cu rate de transfer de peste 1,3 Gbps.
A devenit rapid popular în marile companii ca o
metodă de a face angajații ma i prod uctivi oferindu -le
oportunitatea de a rămâne conectați la internet și în
momentele în care nu erau la birou. Având mare succes, au
apărut companii producătoare de echipamente care au
contribuit la formarea standardului de astăzi (IEEE 802.11)
oferind oport unitatea de interoperabilitate între echipamente,
astfel că, având un standard solid, numărul echipamentelor a
început să crească exponențial pe măsură ce prețul era în
scădere.
În pre zent, odată cu apariția a tot mai multe
dispozitive electronice de tip g adget , tehnologia Wi -Fi a
devenit una din principalele tehnologii folosite pentru
transmiterea datelor și a interconectării gadget -urilor. Un
studiu recent realizat de către un mare producător de
echipamente î n acest domeniu a arătat că ac cesul la internet
prin tehnolo gia Wi -Fi este mai important decât telefonul în
sine, televizor și orice altceva decât hrana. [1]
În același studiu [1] este arăta t că benzile ISM
dedicate Wi -Fi sunt mai intens folosite decât au fost vreodată și că jumătate dintre participanții la acest st udiu
dețin între 5 și 9 dispozitive ce nec esită conexiune Wi -Fi. În
prezent, există 9 miliarde de dispozitive capabile de a se
conecta la router -ul Wi -Fi din locuința fiecăruia, iar odată cu
apariția și stand ardizarea conceptului IoT se preconizează că
numărul dispozitivelor dependente de tehnolog ia Wi -Fi va
crește exponențial.
Problemele de securitate descoperite își au originea
chiar în standardul Wi -Fi folosit de dispozitivele la ora
actual ă, precum r outere, telefoane mobile, televizoare și
orice ar putea intra în sfera IoT. Nivelul de insecuritate
diferă între dispozitive și producători, echipamentele fiind
vulnerabile la injectare de cod maliți os, însă producătorii
oferă suport pentru prob lemele de securitate apărute prin
actualizarea software -urilor.
Deși se fac eforturi intense pentru a mări gradul de
securitate a comunicațiilor wireless, există posibilitatea unui
atac cibernetic în orice moment. Un atac cibernetic se poate
desfășura pent ru a intercepta comunicația dintre
echipamente sau pentru a anihila comunicația prin bruiaj,
adică prin emisia u nor semnale cu parametrii apropi ați de
cei ai semnalelor utile în scopul împiedicării comunicației.
Scopul proiectului este acela de a studia m etode de
bruiaj al comunicațiilor în tehnologia Wi -Fi și de a
implementa pract ic o metodă. Obiectivul final este de a
realiza practic bruiajul unui canal țintit prin emisia
semnalelor utilizând un sistem SDR. Proiectul se va realiza
în două parți, și anume , partea de monitorizare spectrală a
canalelor Wi -Fi țintă, și partea de bruia j al canalului țintă
selectat.
În cadrul primei părți se va analiza pentru început
nivelul semnalului generat de un router la diferite distanțe și
se va urmări dinamica acestuia în cazul mai multor
echipamente. Analiza se va efectua folosind aplicații
dedicate de analiză Wi -Fi pentru telefonul mobil și
calculator și apoi folosind un dispozitiv SDR configurat c a
și receptor radio pe un canal Wi -Fi.
Acces point monitorizat
SDR

Fig. 1 Schema de principiu a monitorizării spectrale folosind
tehnologia SDR
În cadrul celei de -a doua părți se va configura
dispozitivul SDR ca și emițător radio implementând o
configu rație de generare a semnalului de bruiaj în scopul
perturbării unui canal țintă ales și de controla spectrul
electromagnetic monitorizat.

Fig 2. Schema de principiu a bruiajului la nivel fizic

În schemele de mai sus sunt preze ntare principiile
de realizare a părții practice din proiect, iar implementarea și
metodele alese vor fi prezentate ulterior.

II. COMMUNI CATION MONI TORING
Monitorizarea comunicațiilor se va face în primul rând cu
aplicații comerciale ce pot fi găsite gratuit pe internet,
destinate telefoanelor inteligente și calculatoarelor, apoi se
va studia mai în amănunt fol osind un echipament dedicat, și
anume un analizo r spectral. În a doua parte se va implementa
un sistem de blocuri funcționale destinate monitorizării
spectrale pe o bandă de interes folosind echipamente de tip
SDR în mediile de dezvoltare LABVIEW (în sistemul de
operare de tip Windows) .
Pentru monitori zarea spectrului Wi -Fi există
posibilitatea de a folosi instrumente software și hardware. Un
exemplu de instrument software este aplicația mobilă Wi -Fi
Analyzer. Aplicația este capabilă să scaneze spectrul Wi -Fi,
atât în banda de 2,4 GHz cât și în banda de 5 GHz, în funcție
de performanțele telefonului pe care rulează această
aplicație, folosind antena Wi -Fi a telefonului mobil
inteligent.
Aplicațiile software folosite anterior sunt utile atunci
când dorim să identificăm dispozitivul la care este conectat
receptorul ce se dorește a fi bruiat. Sunt utile p entru a afla
canalul pe care se află, determinat de fre cvența centrală
caracteristică fiecărui canal, SSID, ev entual B SSID, în
funcție de informațiile pe are le avem deja despre țintă și alte
caracteristici pasive, însă pentru a alege tipul de bruiaj
cores punzător este necesară o analiză a semnalului provenit
de la AP -ul țintă, iar acest lucru se realizează cu ana lizorul
spectral.
Cu ajutorul analizorului spectral s -a realizat analiza
spectrală a benz ii Wi-Fi pe 2,4 GHz când există trafic mare
de date. Pen tru această analiză spectrală a fost setat un router
wireless în standardul 802.11n, pe canalul 13 (fiind singurul canal liber la mo mentul efectuării analizei) pentru a
surprinde doar comunicațiile de date provenite de la router -ul
configurat spre analiză. Se va surprinde doar caracteristica
modulației OFDM, de oarece acest tip de modulație este
implementat în standardele IEEE 802.11g/n (2,4 GHz) .

Fig 3. Capabilitățile aplicației Wi -Fi Analyzer

Fig 4. Analiza spectrală a emisiei unui router conectat la un
calculator fără comunicații de date

Fig 5. Analiza spectrală a emisiei unui router pentru trafic mare
de date
III. IMPLEMENTING THE SMAR T JAMMING SYSTEM
Așa cum s -a precizat anterior, monitorizarea
spectrală va fi implementată în programul LabView. Acesta
este o platformă și un mediu de dezvoltare pent ru limbajul de
programare vizuală dezvoltat de National Instruments.
LabView este folosit cel mai adesea pentru achiziții de date,
ca ins trument de control și automatizări industriale pe o
diversitate de platforme, printre care și platforma SDR Ni –
USRP 290 1, platformă ce este folosită în această lucrare. [2]
Generarea semnalului de bruiaj va fi implementa t
în programul GNU Radio Companion. GNU Radio
Companion este un instrument folosit pentru a simula,
dezvolta și implementa aplicații radio. Spre deosebire d e
LabView, GRC este un produs gratuit în regim deschis
(open source) și este conceput pentru nevoile utilizatorului
fără a intra în conflict cu politicile închise concepute în scop
comercial. Pentru emisia bruiajului s -a folosit platforma
SDR HackRF ONE. [ 3]
Se va implementa un singur tip de bruiaj, iar
bruiajul ales pentru a fi implementat este bruiajul inteligent
deoarece este cel mai eficie nt. Deoarece această lucrare este
limitată la un număr de pagini, se vor ilustra rezultatele
implementării a sistemu lui de bruiaj inteligent implementat
pentru standardul 802.11n .
Sistemul de bruiaj a fost implementat în soft -ul de
programare grafică GRC, ce rulează pe o distribuție de tip
Linux. În implementarea acestui sistem s -au folosit o serie
de blocuri prezente în lista de blocuri funcționale pe care le
oferă acest soft, care au fost înlănțuite formân d sistemul de
bruiaj. Metoda folosită a fost gene rarea a unui semnal de
bruiaj care are ca și informație eșantioane aleatorii ce
formează șiruri de biți de 0 și 1 , care a fost modulat conform standardului 802.11n, filtrat și translatat pe purtătoarea de
radiofrecvență. Semnalul de bruiaj emis a fost capt at cu
ajutorul aplicației de monitorizare spectrală descrisă mai
sus, iar rezultatele pot fi urmărite în figura urmă toare.

Fig 6. Monitorizarea emisiei de bruiaj utilizând platforma USRP

Fig 7. Analiza spectrului de amplitudini a semnalului de bruiaj cu
analizorul spectral

În analiza spectrului de amplitudini în cascadă se
poate observa că s -a efectuat captura de ecran la
aproximativ 18 s după începerea emisiei de bruiaj, fiind
observabile și transmisiile de date (în partea superioară a
graficului) e xistente pe acest canal. Pentru analiza mai
amănunțită a semnalului de bruiaj s -a folosit și analizorul
spectral. În același timp, se poate determina acuratețea
monitorizării spectrale efectuate pe platforma USRP prin
intermediul programului implementat de analiză spectrală
comparând rezultatele cu cele de pe analizor.

Fig 8. Monitorizarea traficului de date spre cal culatorul țintă
analizat în Wireshark
Prin analiza semnalului de bruiaj efectuată
utilizând analizorul spectral , se poate observa că forma
spectrală a semnalului este aceeași cu cea captată pe
platforma USRP, fiind identificată forma caracteristică a
unui semnal cu modulație OFDM. Media transmisiei
semnalului de bruiaj este de -30 dBm, iar maximele
surprinse pe anum ite subpurtătoare depășesc v aloarea de -20
dBm. Așa cum s -a precizat în subcapitolele anterioare,
diferențele provin de la antenele diferite fol osite și de la
amplificările/atenuările interne.

Pentru a demonstra funcționalitatea acestui sistem
de bruiaj, s -a efectuat o analiză în pr ogramul Wireshark,
care a fost configurat să monitorizeze doar traficul de date
cu ip -ul destinație fiind ip -ul calc ulatorului. În acest mod,
putem surprinde doar acele pachete destinate calculatorului
pe care s -au efectuat teste le.
De la momentul începer ii monitorizării traficului și
până la săgeata roșie, ce indică momentul începerii emisiei
de bruiaj, se pot observa pachete recepționate de ordinul
sutelor. La momentul începerii emisiei de bruiaj, în interfața
Wi-Fi de monitorizare a traficului nu mai er a vizibilă
rețeaua Wi -Fi țintă la care era conectat calculatorul analizat,
astfel toate pachetele de date recepționa te au fos t alterate,
niciun pachet de date fiind recepționat corect.
IV. CONCLUSIONS AND PERS PECTIVES

Implementarea sistemului de bruiaj intel igent
propus este de noutate, nemaiîntâlnind sisteme
implementate similare în partea de documentare a acestui
proiec t. Acest sis tem a fost gândit pentru a fi eficient pentru
puteri mici de emisie, fiind comparabile cu puterile de
emisie ale sistemelor de c omunicații țintă. Totodată, a fost
conceput pentru a afecta doar comunicația țintă, evitând
alterarea comunicațiilor de pe canal ele alăturate sau
autobruiajul prin filtrarea semnalului emis și folosirea
antenelor directive, orientând antena de emisie cu di recția de
radiație maximă pe direcția receptorului.
Conceptul acestui tip de bruiaj poate fi extins spre
viitoarele standarde ce vor apărea în tehnologia Wi -Fi, sau
spre alte standarde de comunicații existente la momentul
actual prin studiul standardului a ferent, dacă este disponibil,
sau prin aplicarea metodelor de SIGINT pentru comunicații
a căror caracteristici nu co respund unor standarde existente.
Sistemul de monitorizare spectrală a fost proiectat
să fie ușor de înțeles de către orice utilizator prin
intermediul interfeței grafice create. Parametrii analizei
spectrale pot fi configurați direct din interfața grafică

generată la momentul execuției programului, pentru orice
bandă de frecvențe, în limita capabilităților echipamentului
și utilizând antene d e recepție potrivite pentru banda de
frecvențe monitorizată. În interfața grafică se poate vizualiza
în timp real at ât semnalul în domeniul timp, pe perioada de
achiziție a semnalului selectată, cât și analizele spectrului de
amplitudini și spectrului de a mplitudini în cascadă.
Acest concept poate fi extins prin adăugarea unor
module de demodulare a semnalelor analizat e, în special
pentru transmisiile necriptate, cum ar fi transmisiile AM,
FM etc. De asemenea, poate fi îmbunătățit prin
implementarea acestu i sistem în Gnu Radio Companion, și
lansat în execuție în același timp cu emisia de bruiaj, nefiind
nevoie de 2 calc ulatoare distincte pentru cele două operații .
ACKNOWLEDGMENT
Aceast ă lucra re a fos t prezentată la sesiunea de
comunic ări știin țifice în cadrul Academiei Tehnice Militare
din București urmată de publicar ea în revista știin țifică
Journal of Defence and Se curity Scientific Circles din
Bucure ști.
REFERENCES
[1] https://www.linksys.com/us/home -wifi-internet -speed -evolution/ –
accessed in 05.01.2018
[2] http://www.ni.com/pdf/manuals/374925c.pdf – accessed in
07.06.2018
[3] https://g reatscottgadgets.com/h ackrf/ – accessed in 07.06.2018