使用srsLTE搭建4G基站用于日常测试

IoX = Internet of Devices, Hardware, Sensors, Chipsets, Radio…

IoX Team 期待您的加入！

蚂蚁集团-IoT安全专家岗位JD：
https://job.alibaba.com/zhaopin/position_detail.htm?spm=a2obv.11410903.0.0.78b944f6XbE389&positionId=87294

团队介绍：
我们正在寻找富有激情和经验的优秀安全研究人员，以迎接包括移动、云、IoT、数据安全和AI安全在内的众多场景的安全挑战， 为互联网用户提供下一代安全防护体系和解决方案。

岗位描述：
保障蚂蚁金服在众多IoT业务场景的安全，从硬件、系统、传感器、网络、移动端、云端等各个方面发掘IoT应用场景中的基础安全问题，并能提供解决方案。
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岗位要求：
有以下任一经验者欢迎应聘

1、硬件和嵌入式系统安全：有RTOS、Android内核、Linux系统安全经验；有RISC-V架构下的嵌入式开发或安全研究经验；熟悉常见智能硬件设备&手机的固件提取与分析方法；熟悉硬件PCB设计、电路debug分析调试；有逆向工程经验，熟练使用IDA、OllyDbg等逆向工具进行静态&动态二进制分析；
2、无线安全：有无线通信开发调试和安全分析的经验；如熟悉WiFi，4G/5G，蓝牙、NFC等无线协议的安全漏洞、标准跟进；熟悉GNU Radio、USRP、BladeRF等SDR设备的使用；有无线协议类漏洞和无线芯片实现类漏洞挖掘经验优先；
3、传感器和芯片安全：熟悉人脸、指纹、声纹、眼纹，或者U盾、加密芯片等身份识别算法或具备相关开发调试经验优先；有智能硬件破解的相关实战经验，在GeekPwn、XPwn、HackPwn等破解大赛展示过破解项目。

很多IoT设备都在使用4G网卡，但测4G链路安全时候，毕竟不像WIFI测试那么方便，CMW500的价格还是很贵的，尤其是想IoT安全爱好者童鞋，或者其他移动端需要测试4G链路的，其实可以使用低成本SDR方案，也就是这里要介绍的。

最低成本可以使用LimeSDR Mini+PC机，也可以使用BladeRF x40或者x115来实现。如果条件允许，还是使用USRP B200mini、B210或者N210甚至X310比较舒服。

srsLTE 是软件无线电系统（SRS）的开源SDR LTE软件套件。是由爱尔兰SoftwareRadioSystems (SRS)公司开发实现的免费开源LTE SDR平台，在AGPLv3 license许可下发布，并且在实现中使用了OpenLTE的相关功能。有关文档，指南和项目新闻，请参见srsLTE项目页面（www.srslte.com）

srsLTE包括以下组件：

srsUE - 完整的 SDR LTE UE 应用，支持从 PHY 到 IP 层特性
srsENB - 完整的 SDR LTE eNodeB 应用
srsEPC - 轻量级 LTE 核心网络实现，支持 MME, HSS 和 S/P-GW
高度模块化的共用库 PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC, NAS, S1AP 和 GW层

通用特性：

支持 LTE Release 10
测试频率: 1.4, 3, 5, 10, 15 and 20 MHz
传输模式1（单天线），2（发射分集），3（CCD）和4（闭环空间复用）
基于频率的ZF和MMSE均衡器
演进的多媒体广播和多播服务（eMBMS）
高度优化的Turbo解码器，采用Intel SSE4.1 / AVX2（+100 Mbps）和标准C（+25 Mbps）
支持 MAC, RLC, PDCP, RRC, NAS, S1AP 和 GW 层
具有每层日志级别和十六进制转储的详细日志系统
MAC层wireshark数据包捕获
命令行跟踪指标
详细的输入配置文件
用于EPA，EVA和ETU 3GPP频道的信道模拟器
基于ZeroMQ的伪RF驱动器，用于IPC/网络上的 I/Q

srsUE 特性：

FDD 和 TDD 配置
运营商聚合支持
UE的小区搜索和同步过程
软USIM支持Milenage和XOR身份验证
使用PCSC框架的硬USIM支持
在网络连接时创建的虚拟网络接口tun_srsue
QoS 支持
i7四核CPU中20 MHz MIMO TM3 / TM4配置中的150 Mbps DL。
i7四核CPU中20 MHz SISO配置中的75 Mbps DL。
i5双核CPU中10 MHz SISO配置中的36 Mbps DL。

srsUE 在如下网络设备中测试和验证通过：

Amarisoft LTE100 eNodeB 和 EPC
诺基亚FlexiRadio系列FSMF系统模块具有1800MHz FHED无线电模块和TravelHawk EPC模拟器
Huawei DBS3900
Octasic Flexicell LTE-FDD NIB

srsENB 特性：

FDD 配置
循环MAC调度程序，具有类似FAPI的C ++ API
SR 支持
定期和非周期性CQI反馈支持
标准S1AP和GTP-U与核心网络接口
具有商用UE的20MHz MIMO TM3 / TM4中的150Mbps DL
具有商用UE的SISO配置中的75 Mbps DL
20 MHz的50 Mbps UL，商用US
用户平面加密

srsENB已通过以下手机进行测试和验证：

LG Nexus 5 and 4
Motorola Moto G4 plus and G5
Huawei P9/P9lite, P10/P10lite, P20/P20lite
Huawei dongles: E3276 and E398

srsEPC 特性：

单个二进制、轻量级LTE EPC实现，具有：
MME（移动性管理实体）具有到eNB的标准S1AP和GTP-U接口
标准SGi的S/P-GW暴露为虚拟网络接口（TUN设备）
HSS（归属订户服务器），具有CSV格式的可配置用户数据库
支持分页

硬件支持：

支持如下硬件:

USRP B200
USRP B210
USRP B200mini
USRP B205mini
USRP N210
USRP X310
limeSDR
bladeRF

Github网址：https://github.com/srsLTE/srsLTE

安装部署srsLTE建议用物理机，因为一些指令优化、时序要求非常精准，比如双向验证鉴权的时候，差一点都不行，如果不使用USRP N210或者X310一类通过网络的SDR硬件稳定性，而使用USB接口的话虚拟机稳定性略差。

这里使用Ubuntu 16.04搭配USRP B210进行测试，使用root账户直接安装配置。
先安装低延时内核，之后重启加载新内核：

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apt-get install linux-image-`uname -r | cut -d- -f1-2`-lowlatency
apt-get install linux-headers-`uname -r | cut -d- -f1-2`-lowlatency
reboot

需要注意的是，之后如果升级内核，需要手动再安装低延迟内核！

先安装UHD，使用pybombs安装或者源码直接安装都可以，具体如前文所述，这里不再重复。如果是BladeRF、LimeSDR也一样，先装驱动。

在Ubuntu下也可以选择用apt安装：

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add-apt-repository ppa:srslte/releases
apt-get update
apt-get install srsepc srcenb srsue stelte

但需要注意的是，uhd驱动不能用最新的，否则加载usrp会失败。所以，还是建议使用源码编译安装。

这里再讲下用源码安装。
安装srsGUI：

apt-get install cmake g++ libpython-dev python-numpy swig git libsqlite3-dev libi2c-dev libusb-1.0-0-dev libwxgtk3.0-dev freeglut3-dev libfftw3-dev libmbedtls-dev libboost-program-options-dev libconfig++-dev libsctp-dev libboost-system-dev libboost-test-dev libboost-thread-dev libqwt-dev libqt4-dev
git clone https://github.com/srsLTE/srsGUI.git
cd srsGUI
mkdir build
cd build
cmake ../
make -j4
make install
ldconfig

安装SoapySDR：

git clone https://github.com/pothosware/SoapySDR.git
cd SoapySDR
git checkout soapy-sdr-0.7.2
mkdir build
cd build
cmake ..
make -j4
make install
ldconfig

安装srsLTE:

git clone https://github.com/srsLTE/srsLTE.git
cd srsLTE
mkdir build
cd build
cmake ../
make -j8
make test
make install
ldconfig

安装完成后生成配置文件，配置文件user生成到用户路径~/.config/srsLTE/，service生成到/etc/srsLTE路径：

1	srslte_install_configs.sh user

配置网络接口，参数是默认能上网的网口，这里是eth0：

1	srsepc_if_masq.sh eth0

最后再添加SIM卡的配置，主要是IMSI、KI、OPC，编辑~/.config/srsLTE/user_db.csv文件，格式为：

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(ue_name),(algo),(imsi),(K),(OP/OPc_type),(OP/OPc_value),(AMF),(SQN),(QCI),(IP_alloc)
ue3,mil,221010123456789,6874736969202073796D4B2079650A76,opc,504F20634F6320504F50206363500A4F,8000,000000001234,7,dynamic

再将这些参数写入SIM卡，这里建议使用GPSIMWrite，简单便捷，相比pysim还是方便不少，缺点是只能在Windows下。写卡器可以使用MCR3512、M100等营业厅所用写卡器都可以，用Bludrive IISIM也可以。

白卡选择LTE卡就可以，很多手机或者终端厂商需要用白卡配合CMW500一类综合测试仪进行测试，所以检索测试白卡关键字能买到，价格不便宜。仅供学习使用，请勿用于非法用途！

具体可以设置完LTE的IMSI15、KI和OPC之后，点击Same With LTE，之后点击Write Card写入白卡：

把写好的卡装入手机，再分别启动srsepc和srsenb：

这样srsLTE就启动了，下行2685MHz上行2565MHz。如果不使用USRP，使用BladerRF或者LimeSDR也类似，在启动时候会自动加载。

注：如果USRP、BladeRF驱动都安装了，个别人的环境会出现从USRP换BladeRF无法加载的问题，进入srsLTE的build目录，检查CMakeCache.txt文件中BLADERF_FOUND是TRUE。如果是FALSE，就删掉CMakeCache.txt再重新“cmake..”，按照前面的步骤重新编译安装srsLTE。

注：为了获得最佳性能，建议禁用CPU频率动态调整，比如以下脚本：

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for f in /sys/devices/system/cpu/cpu[0-9]*/cpufreq/scaling_governor ; do
  echo performance > $f
done

在srsenb界面可以输入t回车来实时查看snr、bler等性能指标参数，如图所示：

如果电脑配置高的话，可以打开星座图，修改enb.conf，将enable设置为true，会增加CPU负载：

打开手机的网络选择界面，将手机注册进入网络：

如果手机无法搜索到信号，或者搜到了无法加入，先用其他SDR或者频谱仪检查下是否有信号发出，其次检查信号是否有频偏，因为每种手机对频偏的容忍度是不一样的。笔者实测中，华为的兼容性是最好的。
如果有频偏，修改“ue.conf”中的“freq_offset”参数，如图所示。正常情况下如果使用官方原版SDR设备，而不是山寨SDR设备，很少出现这种情况。另外，使用GPSDO或者其他稳定的时钟输入，也能避免这种问题。