本文以不用原配鑰匙無線電遙控打開車庫電動卷簾門為目标，深入研究了ASK/OOK的編／解碼，并用樹莓派 五元錢的發射模塊實現了打開車庫門的各種姿勢。本文适用于主流315/433MHz射頻遙控。

車庫裝了電動卷簾門，為了了解其安全性，也是為了能自主控制，研究了下其遙控原理。其實在這個過程中，我測試了家裡幾乎所有的無電線遙控器，包括電動窗簾、投影幕布、電動衣架、車鑰匙。除了車鑰匙，其它都是類似的，即ASK/OOK編碼。

ASK，簡單的理解，就是調幅，用不同的幅度來代表不同的信息。OOK是ASK的特例，因為隻有0和1要表示，可以用有載波來代表1，無載波來代表0。但實際上并不是這麼直接，通常會加上脈寬調制（PWM）以提高抗幹擾能力。

據說有的車庫門是滾動碼的（編碼是變化的），我們可以先用HackRF做個簡單的重放攻擊測試。

錄制2秒的信号并重放：

hackrf_transfer -f 433920000 -s 2000000 -a 1 -r capture.raw -n 4000000 -g 40 -l 16 hackrf_transfer -f 433920000 -s 2000000 -a 1 -t capture.raw -x 40

部分運行提示：

call hackrf_set_sample_rate(2000000 Hz/2.000 MHz) call hackrf_set_hw_sync_mode(0) call hackrf_set_freq(433920000 Hz/433.920 MHz) call hackrf_set_amp_enable(1) samples_to_xfer 4000000/4Mio Stop with Ctrl-C 3.9 MiB / 1.000 sec = 3.9 MiB/second 3.9 MiB / 1.000 sec = 3.9 MiB/second 0.3 MiB / 1.000 sec = 0.3 MiB/second Exiting... hackrf_is_streaming() result: streaming terminated (-1004)

實測用錄制的信号是可以控制的（如果不行，注意調整HackRF放大器的增益）。但這個沒多大技術含量，而且成本高，數據量也大。我們的目标是解碼後再重新編碼／重放。

用GNU Radio搭一個簡單的接收框圖，一方面将接收信号保存到文件，另一方面将信号以瀑布圖顯示作為實時反饋。因為遙控信号是433.92MHz，中心頻率設在這個附近都可以；采樣率2M就夠了。

下圖是運行時的瀑布圖，其中按了5次遙控器。

用apt-get安裝inspectrum，或下載最新的Inspectrum代碼，按照文檔自行編譯。試過Debian和Mac下都沒問題（Mac下用MacPorts要安裝一堆依賴）。編譯就不多說了，下面是解碼的主要步驟：

1. 用Inspectrum打開前面錄制的文件，設置采樣率為錄制時的采樣率（2M）；
2. 水平拖動，找到有信号的區域；
3. 在原始信号上右鍵，Add derived plot => Add sample plot；
4. 此時原始信号上會出現兩條水平線，用鼠标拖動，調節中心頻率的位置和寬度；
5. 在原始信号上右鍵，Add derived plot => Add amplitude plot；
6. 在Amplitude plot上右鍵，Add derived plot => Add threshold plot；
7. 勾選”Enable cursors”，此時會出現兩條豎線；
8. Zoom放大信号圖，移動兩條豎線，使其寬度包含一個符号。注意跳過前導的高低電平（start1, start0）。數據通常是脈寬編碼的，一對高低電平的組合代表一個bit：高電平較寬的代表1，低電平較寬的代表0。從圖中應該能看出這個規律。
9. 改變符号數，使其包含整個信号區域（圖中是65個符号，這相當于完整的key），并調節首尾對齊（結束時通常有較長的低電平），這時可以得到符号的速率，即波特率（對OOK，其實等同于比特率）。

最後，在Amplitude plot或Threshold plot上分别點右鍵，Extract symbols (to stdout)，可以得到解碼的數據。其中前者相當于模拟信号，簡單理解：正數代表1，負數代表0；後者才是我們想要的bit流。

為确認解碼正确，可以再選一段信号區域，做同樣的操作，看結果是否一緻。畢竟ASK抗幹擾不強，有時候可能會差一兩個bit。通常，按一下遙控器，同樣的數據會重複發送幾次。

根據前面的解碼，以及對更多遙控器的分析，可以歸納出一個模型。一個ASK信号包含如下部分（參數）：

• start1: 起始的高電平時間長度；
• start0: 起始的低電平時間長度；
• stop0: 結束的低電平時間長度；
• period: 每個bit的周期，在PWM編碼中，每個bit都對應一對高/低電平，而且總是先高後低；
• duty: 占空比，比如占空比是75%，則意味着一個周期内如果75%左右是高電平，則代表1; 而75%左右是低電平則代表0；
• bits: 實際的bit流。

這裡的占空比肯定是大于50%的，通常在75%左右比較合适，這樣既能拉開（每個周期内）兩種電平的比例差，減少接收端的誤判；又能保證接收時能采樣到兩種電平，也是為了減少誤碼。試想對于99%的占空比，1%周期的電平很可能被接收端采樣不到，導緻采樣到199%（甚至更長）周期的同一種電平，這樣解碼時就會出錯。

最初，我是想用GNU Radio做ASK/OOK編碼并發射的。萬能的HackRF和SDR按說能搞定這個小Case。

研究了下，發現這并不是一件容易的事。需要使用很多的模塊。這也許是一個很好的GNU Radio的練習題。但我還是先看下有沒有更簡單的辦法。

然後口水了一下TI的EZ430-Chronos手表，找了下“廉價”的RFcat，發現并不容易買到。最後在萬能的假貨寶發現了真正廉價的東東：隻要5元！（你買不了吃虧，買不了上當。。）

這個模塊很簡單，就是把輸入的信号以433/315M的載波調制／發射出去。DATA為高電平，就按高電平調幅輸出（請注意，這裡調制的是電平，并不是數據。也就是說，數據”1″對應多長時間的高電平，多長時間的低電平，這個模塊都不管的——這些是編碼模塊要處理的事）。

為了代碼的模塊化，也是為了減少發射時的計算量，我們采取先編碼再發送的方案。根據前面建立的ASK信号的模型，将這個信号編碼為高低電平交替的波形，并用一個數組表示，數組中每個元素存儲高低電平切換時對應的時間戳。波形總是以高電平開始。

起始／結束電平的時長、占空比這些參數理論上并不需要嚴格準确，但這取決于接收端的寬容度，所以我們還是盡量忠實于原信号。

下面是核心的Python代碼片斷，其中ts是時間戳數組。

def encodePWM(self, ts): t = 0 ts.append(t) t = self.start1 ts.append(t) t = self.start0 ts.append(t) for i in range(0, self.bits.len): w = self.duty if self.bits[i] else 1 - self.duty ts.append(t self.period * w) t = self.period ts.append(t) ts[-1] = self.stop0

發送工作就很簡單了：将發射模塊的DATA腳與樹莓派的某個GPIO相連，電源也直接用樹莓派的；

然後根據時間戳交替翻轉對應的GPIO就行了。下面是Python的核心代碼。

def send(self, ts): b = 1 t1 = time.time() GPIO.output(self.pin_tx, b) t1 -= ts[0] for t in ts[1:-1]: b = 1 - b wait = t1 t - time.time() if wait > 0: time.sleep(wait) GPIO.output(self.pin_tx, b) wait = t1 ts[-1] - time.time() if wait > 0: time.sleep(wait)

用sleep控制時間盡管有一定誤差，腳本語言的運行也沒那麼快，但實測是夠用的。下圖是示波器上看到的DATA引腳的波形圖（兩個通道都連着DATA腳）。

為便于觀察，我将編碼周期設置為1ms，和示波器界面的1ms/div對應。圖中測量的間距是2.78ms（預期是2.75ms），偏差是可接受的。

把發射的裝置放在車庫内，并連上網絡，我們就可以無需鑰匙自主控制車庫門的開/關了。

不需要自己寫App，用ssh終端密鑰登錄并執行命令，就可以手機一鍵開/關門了，并且可以遠程控制。

以指定手機作為鑰匙，當持手機靠近車庫時（其實是連上車庫WiFi後），就自動開門。大緻流程是：

1. 遠程執行路由器的 iwinfo 命令（如下）檢測連接在上面的設備；
2. 如果作為鑰匙的手機的MAC在列表裡，并且信号強度（SNR）超過設定值，就計為一個有效的連接。當連接數從0變為非0時，就自動開門。
3. 如果鑰匙手機的有效連接數降到0, 就自動關門。

ssh root@192.168.12.34 'iwinfo ra0 assoclist && iwinfo rai0 assoclist'

自動關門的好處是可以防止人走了忘了關門（俺家真的發生過）。

理論上可以做到，但需要可靠的聲紋識别。這個就算了。。

把發射模塊對應的GPIO設為高電平，由于發射模塊信号強，距離近，接收端收到的總是1，導緻用真的鑰匙也開不了門。

不用滾動碼編碼的車庫門其實是毫無安全性可言的。不管是簡單的原始信号重放、還是解碼後再編碼的重放都比較容易實現。但我們可以利用這種不安全為自己提供便利，更靈活地自主開／關門。另外，用發射模塊發射高電平可以幹擾鑰匙的信号達到鎖死車庫門的效果。

但如果不是通過監聽鑰匙的信号，用暴力破解Key也并不是那麼容易的。因為ASK編碼除了需要數據吻合，載波頻率相同，還需要數據編碼速率，甚至起止電平的時長都要一緻。

用廉價的硬件發射模塊配合樹莓派（或單片機）可以低成本地編碼/發射ASK/OOK信号，簡單易行。而HackRF加Inspectrum解碼僅适合實驗和調試用，實用價值不高。後續将會嘗試ASK/OOK的自動解碼（解碼可以用來做什麼，你懂的）。

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