Description du challenge : While sitting on my back porch, I noticed a strange signal and made a SigMF recording. Can you make any sense of it?
Le challenge nous fournit un fichier binaire contenant un signal never_the_same_color.sigmf-data ainsi qu'un fichier contenant ses métadonnées never_the_same_color.sigmf-meta au format SigMF.
Ouvrons-le avec Inspectrum :
On a un signal qui fait à peu près 6MHz de bande passante. D'après les métadonnées, on sait que c'est un signal complexe échantillonné à 8MHz. Pas trop d'idée du type de signal, mais en recherchant sur le web le nom du challenge Never the same color, on tombe sur NTSC, un standard de diffusion vidéo. En se baladant sur la page Wikipedia, on voit qu'un signal NTSC a une bande passante de 6MHz, bref, on est sur la bonne voie :)
Le signal contient plusieurs composantes pour former une image et du son. Pour mieux y voir, j'ai refait à peu près le schéma de la page Wikipedia mais avec notre signal :
Sachant qu'on a 7 flags à trouver, ils doivent probablement être répartis dans les différentes composantes du signal. Je ne les ai pas trouvés dans le bon ordre donc c'est normal que ça ne commence pas par Flag 1.
Flag 2
Commençons simplement en ouvrant le signal avec SDRangel qui contient un plugin permettant de décoder des signaux ATV dont justement le NTSC.
D'abord, on applique le ATV Demodulator, puis, comme on sait que le signal vidéo est modulé en amplitude, on choisit AM. On peut aussi déjà cocher le Hsync et le Vsync car pour une image à la télé, l'image est affichée ligne par ligne, de gauche à droite, puis de haut en bas. Ainsi, pour s'y retrouver, le signal doit savoir quand une ligne (Hsync) ou toutes les lignes (Vsync) finissent. En activant ces deux options, on dit au plugin d'utiliser ces impulsions dans le signal pour bien reconstruire l'image.
Ok, on voit apparaître un début d'image avec un QRCode qui en l'état ne peut pas être scanné, il va falloir continuer de paramétrer ce plugin.
Déjà, on peut placer la fréquence centrale sur la porteuse vidéo à environ 439.25MHz. Ensuite, l'AM génère 2 bandes latérales contenant la même information : une au-dessus de la porteuse appelée bande latérale supérieure (USB) et une en dessous appelée bande latérale inférieure (LSB).
Chaque bande fait 4.2MHz de large donc si on transmettait les deux, ça ferait 8.4MHz au total. Du coup, pour économiser, le NTSC garde toute la bande du haut et seulement une petite partie (1.25MHz) de la bande du bas, c'est ce qu'on appelle une bande latérale résiduelle (vestigial sideband).
Bref, pour gérer ça, on active le filtre asymétrique (bouton FFT asymmetrical filter) qui va nous permettre de mieux extraire l'image en tenant compte que notre signal n'est pas symétrique vu qu'on a une bande latérale résiduelle.
2 curseurs à droite permettent de régler le filtre, le Opposite band cutoff (bande inférieure) et le In band cutoff (bande supérieure). À eux deux, on aura une plage du spectre parfaite pour obtenir une image stable et lisible.
Dans notre cas, on peut mettre le Opposite band cutoff à 1200kHz (1.25MHz) et le In band cutoff à 4200kHz (4.2MHz).
Enfin, les paramètres vidéo, toujours grâce à Wikipedia, on peut remplir comme suit :
L (Nombre de lignes) : 525.
F (FPS) : 30.
S (Format de synchronisation) : PAL525 (car la synchro est sur 525 lignes).
Aussi, j'ai dû activer le Invert video pour que l'image soit bien nette sans clignotement.
D'ailleurs, n'hésitez pas à appuyer sur le bouton stop puis relancer le signal, parfois ça aide.
C'est parfois capricieux comme plugin, donc si ça ne marche pas de votre côté, relancez-le, essayez de changer l'ordre dans lequel vous paramétrez.
Bon cool, on peut scanner le QRCode, sauf que... C'est un joli RickRoll. En regardant de plus près, on peut voir que notre signal vidéo, bien qu'il apparaisse statique, a une frame qui semble changer à environ 3s qui fait changer le QRCode. Bref go extraire les frames de cette vidéo.
Et là pour le coup, je sais pas du tout comment faire avec SDRAngel donc j'ai fait une capture vidéo de mon écran autour des 3 secondes, puis avec ce site j'ai extrait 100 frames toutes les 10ms jusqu'à scroller pour trouver LA frame avec le QRCode différent qui contient le flag de la Partie 2 : flag{2OBGfE29cR1SpOXuJpI832FyAWvNPLtC} !
Flag 1
En NTSC, le signal audio est modulé en fréquence (FM) à une fréquence de déviation de 25kHz. Par curiosité, afin d'estimer la bande passante de ce signal, on peut utiliser la règle de Carson qui nous dit que la bande passante d'un signal FM vaut ≈2(Δf+fm), où Δf est la fréquence de déviation et fm la fréquence maximale du signal audio (souvent 15kHz pour du contenu audio). Donc en appliquant la formule, ça nous ferait ≈2(25kHz+15kHz)=80kHz.
Bref ajoutons un bloc WFM Demodulator.
On place la fréquence centrale sur le pic audio à droite, ne pas hésiter à zoomer pour être plus précis et tout est déjà bien configuré pour qu'on entende une voix qui nous donne le flag pour la Partie 1 : stream.
Flag 3-4-5
Sur Wikipedia, ça nous parle aussi que le signal audio peut contenir un signal MTS (Multichannel Television Sound) et c'est vrai que quand on regarde notre spectre audio, on voit plusieurs pics en plus de la fréquence centrale. En fait, le MTS permet d'ajouter de la stéréo, une deuxième langue (SAP) ou d'autres canaux audio.
Le truc, c'est que faut pouvoir travailler sur notre signal après modulation en FM sinon, c'est hyper compliqué de bien entendre les différents flags, SDRangel ne permet pas d'enregistrer au format complex un signal démodulé (ou je sais pas faire) donc pour faire simple j'ai crop la partie audio, démodulé en FM et enregistré dans un nouveau fichier avec GNURadio :
Le bloc Frequency Xlating FIR Filter va déplacer et filtrer un signal pour ne garder qu'une plage qui nous convient.
Notre signal audio fait à peu près 400Khz de bande passante et il est à peu près situé à +2.75MHz, et au lieu de garder un taux d'échantillonnage de 8MHz, on va effectuer une décimation du signal, soit réduire sa fréquence d'échantillonnage pour être plus précis.
Pour savoir le facteur de décimation, on utilise le théorème de Nyquist-Shannon qui en gros nous dit qu'il faut une fréquence d'échantillonnage au moins deux fois plus grande que la bande passante du signal. Donc pour un signal audio de 400Khz, on peut se permettre de le décimer à 800kHz soit un facteur de 10 (8MHz/10=800kHz).
Ensuite, la Center Frequency qu'on met à 2.75MHz qui représente la porteuse du signal audio. Le filtre va se baser sur cette fréquence centrale pour faire son filtrage.
Enfin, le coefficient de filtre (taps) :
firdes.low_pass(1, samp_rate, 200e3, 100e3)
firdes.low_pas -> Filtre passe-bas qui ne laisse donc que passer les fréquences sous une certaine limite (fréquence de coupure) et bloque celles qui sont au-dessus.
1 -> Gain du filtre, ici on met 1 ce qui veut dire qu'on ne modifie pas l'amplitude du signal (pas d'amplification ou d'atténuation).
samp_rate -> Fréquence d'échantillonnage du signal d'entrée, donc pour nous 8MHz.
200e3 -> Fréquence de coupure du filtre après décimation, nous on veut une bande de 200kHz autour de la fréquence centrale (2.75MHz).
100e3 -> Zone de transition du filtre, donc on aura 100KHz qui seront progressivement atténuées autour des zones à éliminer plutôt que coupées brutalement. C'est juste au cas où pour pas avoir de distorsions ou quoi.
Ensuite, le bloc Quadrature Demod qui va nous permettre de démoduler en fréquence le signal audio qui je le rappelle est modulé en FM. Le gain à 1 car on ne veut pas amplifier ou atténuer le signal.
Ce dernier transforme le signal complexe en un signal réel, or on veut récupérer un fichier au format SigMF pour le reprendre avec SDRangel donc faut faut le remettre en complexe avec le bloc Complex to Real.
On veut pas de partie imaginaire donc on va mettre cette dernière à 0 avec le bloc Null Source.
J'ai aussi mis un Audio Sink pour déterminer la durée du signal car lorsque l'on va lancer le programme, notre fichier d'output va se remplir tant qu'on arrête pas le programme. Bref, on lance, (on entend d'ailleurs le premier flag) et quand ça dit plus rien, on stoppe et nous voilà avec notre signal audio extrait et on le réouvre avec SDRangel.
Le truc, c'est que j'ai pas réussi à trouver de bons articles ou quoi pour comprendre comment était répartis les différents canaux, je sais que le stéréo est modulé en AM et que le SAP est modulé en FM. Mais qui est qui, je sais pas donc j'ai un peu fait au pif.
J'ai donc trouvé le SAP, avec le bloc NFM qui m'a donné le flag de la Partie 4 : cucumber.
Puis, toujours en NFM, sur le pic à côté, le flag de la Partie 5 : vertex (je sais pas à quoi il correspond).
Enfin, avec le bloc AM, on récupère le flag de la Partie 3 : hologram qui représente je crois la partie stéréo. Pour lui, j'ai galéré à avoir une voix claire, peut-être la limitation de bandwidth en AM sur SDRangel.
