Armando47
Device crittografico tascabile
device piccolo ed economico per lo scambio di messagi di testo cifrati su canali audio.
chi e' interessato a una parte se la prenoti
- gnugo: FEC, interleaver, hardware
- ciaby: dds
- ema: aprs
externals
- keypad 4x4 microswitch
- jack audio in/ptt
- jack audio out
- header 2x8 pin
- jack 6-12v DC
internals
- processore: dspic33fj128gp802 oppure dsPIC33FJ128GP804 se i piedini non ci bastano
- 2 regolatori 3.3v
- quarzo 8mhz
- quarzo 32khz
- op-amp filtro antialias 4khz
- op amp uscita
- condensatori di livellamento vari
- condensatore tampone per cambio pile
lcd
un fet controlla l'accensione della backlight
batteria
4 stilo (da 4.8 a 6v)
la tensione batteria a monte dei regolatori viene campionata a valle di un partitore 1/2
protocolli
- m-fsk
- m-psk
- aprs: Bell 202 a 1200 bps
Cifratura
algoritmo di cifratura: AES-256
- http://www.literatecode.com/aes256 sembra ok
- http://gladman.plushost.co.uk/oldsite/AES/
- http://axtls.sourceforge.net/
FEC
algoritmo di FEC: Hadamard code
la latenza minima al netto del FEC e' data dal blocco di crittazione (16bytes).
anche la granularita della protezione di errore FEC e' data dal blocco di crittazione (16bytes): e' inutile tentare di preservare l'integrita di blocchi di dati piu piccoli di 128bit, il danneggiamento anche di un solo bit si ripercuoterebbe sul contenuto di tutto il blocco di crittazione.
se si perde anche un solo bit del segnale al netto del FEC vanno persi 16 caratteri.
questo e' tendenzialmente male pensando all'uso con messaggi di testo, i linguaggi naturali hanno una loro ridondanza a livello di parola considerevole. per applicazioni non di testo questo vantaggio non esiste, anche se per messaggi molto piu piccoli di 16byte l'overhead dato dal padding e' comunque considerevole.
d'altra parte dimensioni di blocco crittografico piu piccole implicherebbero minore sicurezza (anche se in realta il tutto sarebbe proporzionale alla quantita di dati trasferiti con una determinata chiave). crittare il codice FEC (n = 128bit, se si usano input k di 8 bit) sembrerebbe allettante dato che si allineerebbe al blocco crittografico, ma:
- crittograficamente e' un inganno, dato che i codici fec trasmessi sono comunque sempre 256 dal punto di vista della ripetitivita sarebbe equivalente ad usare una cifratura con dimensione blocco di 1byte. troppo poco.
- dal punto di vista del FEC e' un inganno, decrittando un blocco danneggiato si avrebbe un codice fec danneggiato in maniera complessa, perdendo il vantaggio della ortogonalita del codice di hadamard.
alla luce di questo forse ha senso considerare dei block codes diversi da quello di Hadamrd, che e' non-ottimale per k maggiore di 7 [1].
la dimensione del blocco FEC * numero di caratteri del blocco AES sarebbe quindi:
- 2^(8-1) * 16 = 2048 bit nel caso di FEC con input a 8 bit.
- (2 * 2^(4-1)) * 16 = 256 bit nel caso di FEC con input a 4 bit (ogni carattere 2 input).
prendendo il secondo caso, con un alfabeto di 16 toni per simbolo, quindi 4 bit, la latenza sarebbe di 64 simboli, che a 32 simboli per secondo farebbe 2 secondi per 16 caratteri.
la cosa migliore da fare e' rassegnarsi a questa latenza di blocco e cercare di fare uno spreading piu efficiente possibile, vedi interleaving.
indice di affidabilita
nella catena di demodulazione si possono ottenere diversi indici di affidabilita
- rapporto tra il tono di picco e la media degli altri toni
- valore del picco carattere nella trasformata di hadamard
path di trasmissione
i possibili problemi 'descrivibili' del path di trasmissione sono:
problemi di spettro:
- interferenze coerenti (toni sovrapposti a uno dei nostri bin)
- errori della risposta in frequenza (equalizzazione..)
entrambi comportano il danneggamiento sistematico di una determinata lettera del simbolo
problemi nella sequenza di simboli:
- disturbo impulsivo prolungato su tutto lo spettro
- disturbo impulsivo ciclico su tutto lo spettro
che comportano la perdita di piu simboli contigui o la perdita sistematica di un determinato simbolo.
Interleaving
per mitigare questi problemi puo essere conveniente una qualche forma di interleaving sia in tempo che in frequenza.
prendiamo il caso di un blocco da 256 bit formato da 4 sottoblocchi quadrati da 64bit -> 16 simboli*16 toni contenenti ognuno 4 caratteri. sarebbe ottimale anche per eventuali caratteri di controllo.
con un hadamard code, si possono correggere fino ad 1/4 dei bit del codice.
prendiamo come casi peggiori possibili
- la perdita sistematica di 1 bit del simbolo
- la perdita di un intero sottoblocco
questo significa che in ogni sottoblocco si possono danneggiare (non contemporaneamente) fino a:
- 4 simboli
- 4 toni ?
il sistema piu rudimentale e' l'interleaving elicoidale, ad esempio una rotazione nel senso della sequenza combinata con una rotazione nel senso del simbolo. l'incremento sarebbe di un bit/simbolo in senso verticale e di un sottoblocco + un simbolo in senso orizzontale
Soft-Decision
una cosa MOLTO carina da fare (dato che siamo in uno dei pochi casi in cui le risorse di calcolo sono ben piu grandi della banda) e' avere una qualche strategia di soft-decision pilotata dai valori in uscita dalla fft, magari triggerata da differenze tra l'energia nei bin inferiori a una data soglia.
Blocco START
indica l'inizio di una trasmissione. precede sempre un blocco HEADER.
questo riferimento deve avere autocorrelazione tendente a zero, essere abbastanza lungo (raro) da evitare false partenze, abbastanza corto da non creare overhead.
lunghezza 8 simboli. 4 simboli che rappresentao bit0 e 4 che rappresentano il bit massimo.
blocchi HEADER
sono una serie di almeno 1 blocchi con dimensione sempre 4 bytes che precedono sempre una serie di uno o piu blocchi dati.
il primo blocco e' chiamato default header ed e' sempre presente.
i blocchi header successivi sono indicati dall' header type
i blocchi header subiscono tutti block-coding -> interleaving
la lunghezza dell'intero messaggio sara sempre 4 + (hnum * 4) + (siz * 16) bytes
default header
8b (src) | 8b (dst) | 2b (hnum) | 6b (siz) | 8b (cnt) |
campi:
- hnum numero di header da 4 byte che seguono il default header.
- siz dimensione del blocco dati che segue in multipli di 16byte
- src indirizzo del mittente
- dst indirizzo del destinatario/indirizzo del gruppo destinatario
- cnt contatore incrementale dei pacchetti inviati dal nodo con tupla (src,dst/grp). un salto nella numerazione implica perdita pacchetti.
il multicast e' semplicemente un indirizzo di ricezione secondario sui client
routing header
4b (ttl) | 4b (pri) | 1b (fcn) | 1b | 8b (crc) | 8b (time) | 4b (tframe) |
- ttl numero di hop massimi di routing. viene decrementato ad ogni hop.
- pri priorita. 0 alta, 16 bassa.
- fcn forward congestion notification. 0 normale, 1 congestionato.
- crc CRC-8 check dei dati
- time time di riferimento del router
- tframe dimensione timeframe del router
Blocco DATA
sempre 16 bytes di dati netti
subisce: cifratura -> block-coding -> interleaving
connettore digitale
GND |
digital V+ |
UART_RX |
UART_TX |
UART_CTS |
UART_RTS |
OutSymbolBit0 |
OutSymbolBit1 |
OutSymbolBit2 |
OutSymbolBit3 |
PTT in |
PTT out |
SQUELCH in |
voci di configurazione
- modulazione
- tipo di modulazione
- fsk
- bw in Hz uint16
- psk
- frequenza centrale uint16
- dimensione costellazione (da 2 a 16)
- simboli per secondo uint8
- fsk
- tipo di modulazione
- ptt
- manuale/automatico
- tempo di guardia attacco in ms uint8
- tempo di guardia stacco in ms uint8
- protocollo
- armando
- indirizzo uint8
- gruppo uint8
- router bool
- priorita bool
- ttl uint8
- chiave 256 bit
- aprs
- armando
- interfaccia
- auto power off
- backlight
uC
mappa pin:
Pin | Funzione | Nome | porta |
---|---|---|---|
1 | MCLR | ||
2 | Ingresso audio. sbilanciato 3.3v | AUDIO_IN | RA0 |
3 | Livello batteria/2 | BATT_IN | RA1 |
4 | Pulse 1 matrice tasti/PGED1 | KEY_PULSE_1 | RB0 |
5 | Pulse 2 matrice tasti/PGEC1 | KEY_PULSE_2 | RB1 |
6 | Pulse 3 matrice tasti | KEY_PULSE_3 | RB2 |
7 | Pulse 4 matrice tasti | KEY_PULSE_4 | RB3 |
8 | VSS | ||
9 | Xtal 8mhz | OSC1 | RA2 |
10 | Xtal 8mhz | OSC2 | RA3 |
11 | Ptt in | PTT_IN | RB4 |
12 | Ptt out | PTT_OUT | RA4 |
13 | VDD | ||
14 | RB5 | ||
15 | Display SDO | RB6 | |
16 | Display SCL | RB7 | |
17 | UART Tx | RB8 | |
18 | UART Rx | RB9 | |
19 | VSS | ||
20 | VCAP | ||
21 | Ritorno 1 matrice tasti | KEY_RETURN_1 | RB10 |
22 | Ritorno 2 matrice tasti | KEY_RETURN_2 | RB11 |
23 | Ritorno 3 matrice tasti | KEY_RETURN_3 | RB12 |
24 | Ritorno 4 matrice tasti | KEY_RETURN_4 | RB13 |
25 | Uscita + DAC | DAC1LP | RB14 |
26 | Uscita - DAC | DAC1LN | RB15 |
27 | AVSS | ||
28 | AVDD |
Pin | Funzione | Nome | porta |
---|---|---|---|
1 | |||
2 | |||
3 | |||
4 | |||
5 | |||
6 | VSS | ||
7 | VCAP | ||
8 | |||
9 | |||
10 | |||
11 | |||
12 | |||
13 | |||
14 | |||
15 | |||
16 | AVSS | ||
17 | AVDD | ||
18 | MCLR | ||
19 | Ingresso audio | AUDIO_IN | AN0 |
20 | V batteria/2 | VBATT_IN | AN1 |
21 | PGED1 | ||
22 | PGEC1 | ||
23 | |||
24 | |||
25 | |||
26 | |||
27 | |||
28 | VDD | ||
29 | VSS | ||
30 | Quarzo 8MHz | OSC1 | |
31 | Quarzo 8MHz | OSC2 | |
32 | |||
33 | |||
34 | |||
35 | |||
36 | |||
37 | |||
38 | |||
39 | VSS | ||
40 | VDD | ||
41 | |||
42 | |||
43 | |||
44 |
APRS
Qui c'è vita morte e miracoli dell'aprs, con relative specifiche:
la prima reference: ftp://ftp.tapr.org/aprssig/aprsspec/spec/aprs101/APRS101.pdf
sw da cui è possibile attingere: http://info.aprs.net/index.php?title=Software
Per fortuna ci sono delle bellissime librerie in c++
http://sourceforge.net/projects/libaprs/
http://sourceforge.net/projects/ax25/
https://code.google.com/p/trackuino/ (solo invio) c'e' una versione in gcc-C
https://sites.google.com/site/ki4mcw/Home/arduino-tnc (solo ricezione)
http://aprsdroid.org/ (invia e riceve, codice utilizzabile?) AGH! e' scritto in SCALA.. mi sa di no
generatore OTP
dato che abbiamo un rtc l'apparato potrebbe fare da one time password generator usiamo la chiave come seme? che implementazioni ci sono?
stringa di configurazione
la configurazione dell'apparato deovrebbe essere importabile ed esportabile come una stringa esadecimale anche la chiave crittografica sara una stringa di 16 caratteri esadecimali
PIN/PUC
quando il device andra in sleep sara necessario un pin di 4 caratteri per risvegliarlo dopo 5 tentativi sbagliati, il device dimentica la chiave crittografica.
tampone
il device deve poter conservare le impostazioni anche dopo brevi interruzioni dell'alimentazione (cambio pile o alimentazione esterna) se il uP e' in sleep mode dovrebbe bastare un condensatore elettrolitico
ricarica batterie
il device deve poter ricaricare le batterie da una alimentazione esterna, con controllo dV della carica.
questo significa che l'alimentazione esterna sara' di almeno 4*1.27*1.5 = 7.62 v