Принцип работы транспондера: Что такое автомобильный Транспондер. Принцип работы и использование

принцип работы, история появления и взлома, а также немного практики по брутфорсу / Хабр

Давным-давно, ещё в девяностых годах прошлого века, набирающий обороты автомобильный рынок остро нуждался в появлении серьёзных противоугонных систем (далее по тексту — иммобилайзеров). Для автоугонщиков в те времена не было особых препятствий, мешавших завести двигатель механической копией ключа или даже совсем без ключа — простым замыканием проводов. Нужны были иммобилайзеры, способные значительно затруднить процесс старта двигателя и дальнейшего угона автомобиля без родного ключа зажигания.

Вот тогда и появилась на свет идея создания компактного радиомодуля (далее по тексту — транспондера), встраиваемого прямо в ключ зажигания автомобиля. В автомобиль же устанавливался иммобилайзер, общающийся с транспондером по радиоканалу. Иммобилайзер посылал в транспондер запрос, а транспондер отвечал неким кодом, без получения которого иммобилайзер не позволял запустить двигатель. Однако поначалу транспондеры всё равно были довольно примитивными, сравнительно легко клонируемыми устройствами. Достаточно было наличие радиоперехватчика и светлой головы на плечах, чтобы разобраться в алгоритме обмена и сымитировать ответ транспондера. Требовалось кардинальное изменение алгоритма общения иммобилайзера с транспондером.

Сегодня я расскажу вам про историю появления и последующего взлома одного из таких алгоритмов, а также поведаю о практических тонкостях процесса брутфорса секретного ключа шифрования.

Далее по тексту все картинки будут кликабельными, чтобы при желании их можно было детально рассмотреть.

Часть первая: Индеец Джо

Итак, спрос рождает предложение: постепенно на рынке начали появляться системы, использовавшие шифрование в процессе передачи данных по радиоканалу. Эти системы, по сути, выполняли процесс беспроводной идентификации владельца ключа. При этом секретный ключ, хранящийся в транспондере, не передавался в эфир в каком-либо виде, а использовался для криптографического «подписывания» запроса, полученного от иммобилайзера. Одну из таких систем разработали инженеры корпорации Texas Instruments. Разработанный ими транспондер получил название Digital Signature Transponder (сокращённо — DST).

Транспондер DST получился весьма малогабаритным, что позволило без особых проблем встраивать его в различные компактные токены: например, в автомобильные ключи зажигания или в брелки для ключей. На приведённой фотографии, в ручке возле лезвия, видно закрытое заглушкой отверстие, через которое транспондер помещается внутрь ключа. А использование в его конструкции схемы хеширования сделало процесс радиосниффинга совершенно бесполезным (до поры, до времени — но об этом чуть позже), потому что через эфир передавались настолько разные блоки данных, что логически проследить хоть какую-нибудь зависимость в них стало ну просто невозможно.

Состоит транспондер из следующих основных компонентов:

• Антенна и приёмо-передатчик (далее по тексту — трансивер): предназначены для запитывания транспондера и для связи с базовой станцией по радиоканалу.
• Схема шифрования: предназначена для хеширования запроса, полученного от базовой станции.
• Энергонезависимая перезаписываемая память: предназначена для хранения ключа шифрования и некоторых дополнительных параметров (например, серийного номера транспондера и ID производителя).

Программируется транспондер также по радиоканалу — без прямого подключения к программатору. Перезаписать можно почти любую информацию, но только если не взведены биты защиты от записи. Записанный транспондер легко привязать к базовой станции без помощи каких бы то ни было дополнительных устройств (обязательное условие — совпадение ID производителя в транспондере и в базовой станции).

Алгоритм работы всей системы беспроводной аутентификации такой:

• Базовая станция передаёт немодулированный радиосигнал такой мощности и длительности, чтобы его хватило для запитывания всей электронной схемы транспондера, находящегося в зоне действия трансивера базовой станции.
• Базовая станция, с помощью генератора случайных чисел, формирует 40-битный запрос, запоминает его и передаёт в эфир, используя амплитудную модуляцию радиосигнала.
• Трансивер ещё некоторое время излучает немодулированный радиосигнал — чтобы транспондеру хватило питания для выполнения вычислительных операций.
• Транспондер, получив от базовой станции запрос, выполняет его хеширование по алгоритму DST40, используя 40-битный ключ шифрования, хранящийся в его энергонезависимой памяти: в результате получается так-называемая «подпись».
• Транспондер передаёт цифровую подпись и служебную информацию в базовую станцию.
• Базовая станция выполняет хеширование только что переданного в транспондер запроса с помощью такого же ключа шифрования, который хранится и в ней: если результат совпал с полученным от транспондера, то аутентификация считается успешной. Если данная базовая станция используется в качестве иммобилайзера автомобиля, то после успешной аутентификации она передаёт в центральный компьютер автомобиля разрешение старта двигателя.

Не совсем понятно, на чём основывались соображения инженеров-разработчиков, но факт остаётся фактом: длина ключа шифрования, используемого в процессе хеширования, составляет всего 40 бит (вот, кстати говоря, почему алгоритм получил название DST40). Такая длина ключа шифрования, с современной точки зрения, является совершенно недостаточной для обеспечения хоть сколько-нибудь приличной безопасности. Но в то время, по всей видимости, инженерам-разработчикам так не казалось. Кроме того алгоритм DST40 является сугубо проприетарным и раскрывается производителям только под строжайшие подписки о неразглашении.

В дальнейшем уверенность производителей в безопасности транспондера продолжала крепнуть, так как долгое время алгоритм оставался невзломанным.

В результате транспондеры DST40 стали исключительно популярны. Их взяли на вооружение ряд крупных автомобильных корпораций (например, Toyota, Ford, Lincoln, Nissan и другие). Многие миллионы автомобилей, иммобилайзеры которых используют транспондеры DST40, постепенно наводнили не только рынки США, но и рынки других стран, активно импортирующих автомобили из США.

Мало того, эти транспондеры также стали использоваться в системе бесконтактной оплаты SpeedPass, стремительно завоёвывающей различные фаст-фуды, супермаркеты, рестораны и бензозаправки в США.

Часть вторая: И грянул гром!

Всем давно известно, что индеец Джо остаётся неуловимым лишь до того момента, пока он никому не нужен. Так и в этой истории алгоритм DST40 оставался невзломанным лишь до тех пор, пока за него не взялись молодые, энергичные ребята.

Произошло это в 2004 году. К тому времени уверенность инженеров Texas Instruments в стойкости алгоритма DST40 стала настолько большой, что их просто распирало от гордости и от желания хоть с кем-нибудь поделиться своими достижениями. И они решили командировать одного из сотрудников немецкого подразделения компании — доктора Ульриха Кайзера — на четвёртую конференцию по AES с небольшим обзорным докладом о DST40. Именно этот доклад стал началом конца индейца Джо.

Дело в том, что на этой конференции присутствовал эксперт по криптографии, преподаватель Университета информационной безопасности Джонса Хопкинса (США), профессор Эви Рубин (Aviel D. Rubin). Ему было достаточно одного взгляда на общую схему алгоритма, чтобы увидеть в ней серьёзные прорехи в безопасности. Вот так выглядела эта схема:

Несмотря на то, что схема была весьма общей и в ней отсутствовали многие тонкие детали, намётанный глаз опытного криптографа сразу же зацепился за несколько уязвимостей: во-первых, было видно, что по каждому такту регистры ключа шифрования и запроса/ответа подвергались минимальным модификациям — всего лишь в одном бите. Во-вторых, было очевидно наличие «слабого» ключа шифрования, состоящего из одних нулей — в процессе хеширования он так и останется обнулённым до самого конца. Это открывало возможность проведения над транспондером различных криптоаналитических опытов, способных раскрыть его внутреннюю структуру. И, в-третьих, длина ключа составляла всего 40 бит, что по меркам 2004-го года было совершенно недостаточно, чтобы противостоять брутфорсу, выполняемому с помощью аппаратных средств.

Конечно же, Эви понимал, что крупную компанию, занимающую значительный сегмент в производстве подобных устройств, невозможно убедить в слабости и уязвимости алгоритма просто словами. Вот тогда ему и пришла в голову идея взломать DST40 на практике — что явилось бы самым неопровержимым аргументом. Прежде всего, он решил собрать команду из нескольких студентов университета. Он выбрал наиболее энергичных и способных парней, которым и предложил заняться этим делом: покопаться в алгоритме, а заодно и подтянуть теоретические знания и практические навыки по криптографии и криптоанализу. Так появилась на свет команда, в которую вошли (на приведённой фотографии в порядке слева-направо) Адам Стаблфилд (Adam Stubblefield), Эви Рубин (Aviel D. Rubin), Стивен Боно (Stephen C. Bono) и Мэтью Грин (Matthew Green).

Следующим шагом стало приобретение у Texas Instruments набора разработчика TI Series 2000 — LF RFID. В этот набор входил приёмо-передатчик для общения с транспондерами и несколько транспондеров, которые, впрочем, были совершенно бесполезны, так как не выполняли шифрование по алгоритму DST40. Так что нужные транспондеры парням пришлось приобрести отдельно.

Среди прочего, кстати говоря, в этот набор разработчика входило и программное обеспечение, позволявшее выполнять шифрование по алгоритму DST40.

Однако парни, как они потом клятвенно заверяли всех присутствующих на симпозиуме USENIX, не стали дизассемблировать и дебажить код программы, чтобы добраться до нежно-розового тельца проприетарного алгоритма, так как это было запрещено лицензионным соглашением.

Вместо этого они решили использовать для взлома метод «предсказателя» или «чёрного ящика». Говоря простым языком, они стали проводить различные эксперименты, записывая в транспондеры разные ключи шифрования, а также передавая в них разные запросы и изучая полученные из них результаты хеширования.

Из схемы Кайзера было видно, что основой схемы шифрования является широко используемая в других алгоритмах шифрования сеть Фейстеля на логических элементах с фиксированными таблицами истинности. Для полного взлома алгоритма парням необходимо было решить три задачи:

• Проверить, соответствует ли схема Кайзера действительности.
• Определить пути разводки сигналов от каждого из битов регистров ключа и запроса к логическим элементам.
• Вычислить таблицы истинности всех логических элементов.

Не буду детально углубляться в описание проводимых экспериментов: кому интересно, могут сами ознакомиться с ними в этом документе, представленном публике на 14 симпозиуме по безопасности USENIX, проходившем в Балтиморе в 2005 году.

Скажу только, что в результате парням удалось успешно решить все три задачи и восстановить полную схему соединений функциональных блоков, входящих в модуль шифрования DST40, включая таблицы истинности этих блоков. Причём следует заметить, что реальная функциональная схема оказалась не полностью соответствующей схеме Кайзера. Отличий обнаружилось несколько:

• После старта хеширования на схему подаётся не 400, а 200 тактовых импульсов.
• Регистр запроса по каждому такту сдвигается не на один, а сразу на два бита.
• Логический элемент, обозначенный на схеме Кайзера «F21» имеет не один, а два выхода, которые, прежде чем попасть в самые левые (по схеме) два бита регистра запроса, XOR-ятся с двумя самыми правыми битами из этого-же регистра.
• Для вычисления очередного левого (по схеме) бита ключа шифрования используются не те биты, что показаны на схеме.

Также парням удалось выяснить алгоритм модификации ключа шифрования: ключ изменяется по каждому третьему такту, начиная со второго.

Мало того, обнаружилось, что результирующий хеш передаётся транспондером в эфир не полностью — не все 40 бит, а только 24 из них. Следствием этого является появление большого количества ложных результатов при дальнейшем переборе всех возможных комбинаций ключей шифрования. Однако это не стало слишком большой проблемой — достаточно было очередной найденный ключ проверить ещё раз, но уже с другой парой запрос/ответ. Если вторая проверка также давала совпадение, то ключ считался найденным.

Далее парни разработали аппаратный брутфорсер ключей на базе платы с FPGA XILINX на борту, которая обошлась им по цене чуть менее $200. На кристалле этой FPGA им удалось разместить 32 хеширующих ядра, синхронно работающих на частоте 100 МГц. Каждое из ядер перебирало свой поддиапазон ключей шифрования. В идеале одна такая плата должна была перебирать весь диапазон ключей примерно за 19 часов работы: (2⁴⁰x200) / (100×10⁶x32x3600) = 19.09 часа. Но в реальности часть времени уходила на накладные расходы — получение команд от компьютера. Поэтому полный перебор занимал почти 21 час. Для ускорения процесса перебора были приобретены ещё 15 таких же плат. В каждую из них они запрограммировали по 32 таких же ядра, объединили платы друг с другом в одну сеть и получили в результате кластер из 512 параллельно работающих ядер. В этом случае каждому ядру предстояло выполнить максимум 2⁴⁰ / 512 = 2³¹ полных циклов хеширования. Этот кластер справлялся с задачей менее чем за полтора часа.

Первым подопытным кроликом стал ключ зажигания от автомобиля Ford Escape SUV модели 2005 года, оснащённый именно таким транспондером. С помощью набора разработчика в ключ были переданы два случайных запроса и получены два соответствующих им ответа. Эти две пары запросов/ответов стали исходными данными, поданными на брутфорсер перед стартом перебора. Менее чем через час после старта перебора секретный ключ был успешно найден.

Следующим шагом стало изготовление симулятора этого транспондера, с помощью которого можно было бы завести данный автомобиль. За основу был взят компактный персональный компьютер, с установленной в него платой трансивера и подключенной к этой плате внешней антенной. Для обеспечения автономного питания всего железа использовался UPS с подключенным к нему блоком дополнительных аккумуляторов. В компьютере запускалась программа, которая через трансивер слушала эфир в ожидании поступления запроса от иммобилайзера. По приёму такого запроса программа выполняла его хеширование и передавала результат обратно в эфир. Для старта двигателя автомобиля использовалась механическая копия ключа зажигания, не содержащего в себе транспондера.

На приведённом ниже видеоролике Адам и Мэтью демонстрируют процесс старта двигателя с помощью симулятора:

Затем с помощью этого симулятора они успешно приобрели бензин на заправке с системой оплаты SpeedPass:

После успешного проведения всех этих экспериментов было решено опубликовать полученную информацию. В то время Эви входил в совет директоров ассоциации USENIX — поэтому вполне логичным решением стала публикация данной информации на очередном симпозиуме по безопасности USENIX.

Однако, дабы предотвратить стремительное крушение платёжных систем и не дать ворам в руки средство для лёгкого взлома иммобилайзеров, парни не стали публиковать всю информацию. Например, не была опубликована финальная функциональная схема хеширования. Единственное, что они предоставили в качестве подтверждения правдивости своих слов — это формулы, описывающие алгоритм хеширования ключа и таблицы истинности функциональных элементов, составляющих сеть Фейстеля. Этого было совершенно достаточно, чтобы инженеры из Texas Instruments осознали полное фиаско алгоритма DST40.

Часть третья: А не извлечь ли из этого пользу?

Шёл 2009 год. По земле с грохотом катилась набирающая силы волна кризиса. Два человека, назовём их, условно, Стив и Джон, активно искали варианты получения дополнительного заработка. Нашумевшая история со взломом транспондеров DST40 натолкнула их на мысль, что на этом деле можно маленько заработать. Идея заключалась в том, чтобы предлагать установку систем дистанционного запуска двигателя владельцам автомобилей, оснащённых подобными иммобилайзерами. В тот момент времени подобные системы уже существовали, однако все они требовали жертвования одним ключом от автомобиля: его необходимо было разместить в салоне в непосредственной близости от устройства дистанционного запуска. Понятно, что это лишало использование иммобилайзера какого-бы то ни было смысла и вынуждало автовладельца устанавливать в автомобиль отдельную сигнализацию. В данном же случае автовладельцам предлагалась система, лишённая этих недостатков: предполагалось, что она будет сама имитировать ключ зажигания, причём будет делать это только в момент получения команды на дистанционный запуск двигателя.

Стив и Джон взялись за дело, изучили опубликованный на симпозиуме USENIX документ и разобрались в механизме хеширования. В результате их трудов на свет появилась вот такая схема, полностью соответствующая формулам, опубликованным на странице 14 вышеуказанного документа:

Затем они изготовили две конструкции:

первая из них представляла собой программатор транспондеров DST40. Она позволяла считывать открытую информацию из транспондеров, передавать в транспондер запрос и получать из него результат хеширования — подобно тому, как это делает автомобильный иммобилайзер, а также позволяла записывать в транспондер открытую информацию вместе с ключом шифрования. С помощью программатора были получены две пары запросов/ответов для ключа зажигания от автомобиля Toyota Camry 2005 года выпуска.

Вторая конструкция представляла собой брутфорсер, построенный на основе FPGA-чипа Xilinx Spartan 3E. Брутфорсер позволял методом перебора находить ключ шифрования, хранящийся в транспондере. Для этого на вход брутфорсера подавались исходные данные в виде двух комбинаций запросов/ответов и ключа шифрования, с которого нужно было начать перебор. Работал брутфорсер на частоте 135 мегагерц, вмещал на кристалле FPGA 32 хеширующих ядра и выполнял полный перебор всех комбинаций примерно за 14 часов.

Результат был, прямо скажем, не вселяющим оптимизма: ждать по нескольку часов, когда брутфорсер сделает свою работу, было не очень приятным занятием. Поэтому Стив и Джон обратили свои взоры на другой участок передачи данных — между центральным компьютером Тойоты и блоком иммобилайзера. После проведения небольшого обследования и нескольких тестов выяснилось, что этот участок хоть и имеет некоторую маскировку передаваемых данных, но настолько примитивную, что не составило никакого труда разобраться в ней и внедрить своё устройство в разрыв этого тракта. Пока устройство работало в режиме ожидания, оно просто транслировало данные от компьютера к иммобилайзеру и обратно сквозь себя. Если же оно получало команду на дистанционный завод двигателя, то отключало иммобилайзер и начинало общаться с компьютером самостоятельно — имитируя положительные ответы от иммобилайзера. А самое главное во всём этом процессе было то, что ответ иммобилайзера зависел только и только от запроса компьютера. Ключ зажигания стал попросту не нужен.

Программатор и брутфорсер остались невостребованными.

Часть четвёртая: Чисто спортивный интерес

Прошло ещё несколько лет после описанных выше событий и вот однажды мне в руки попала плата DE0-Nano-SoC. Её сердцем является чип Altera Cyclone V SE 5CSEMA4U23C6N. Он содержит в себе двухъядерный HPS-процессор (Hard Processor System) ARM Cortex-A9 и FPGA с 15094 адаптивными логическими модулями (ALM). В комплекте с платой производитель даёт ОС Linux, развёрнутую на карту памяти MicroSD. Это позволяет легко реализовать пользовательский интерфейс — не тратя на это много времени. После освоения этого дивайса мне вспомнилась та история про взлом транспондера DST40 и возник чисто спортивный интерес — сколько можно выжать хешей в секунду при брутфорсе ключей DST40 с помощью такого устройства?

Имея на руках нарисованную Стивом и Джоном схему, а также две пары запросов/ответов, полученных ими из ключа Тойоты, я взялся за дело. Сначала был избран простой путь экстенсивного наращивания количества хеширующих ядер, коих на кристалл FPGA этой платы поместилось целых 128 штук:

На этой схеме отображены следующие компоненты:

• HPS-процессор — выполняет программу dst40. Она запрашивает исходные данные у пользователя, загружает их в регистры блока управления, запускает/останавливает процесс перебора и выводит информацию о текущем состоянии на экран.
  
• Блок управления. Его задачей является подготовка исходных данных для всех хеширующих ядер, управление их работой, проверка результатов и передача их в HPS.
  
• Хеширующие ядра. Каждое ядро формирует исходный ключ из двух частей: 7-битной фиксированной старшей части, совпадающей с порядковым номером ядра (00H для ядра номер 0, 7FH для ядра номер 127) и 33-битной переменной младшей части, полученной из блока управления. Ядра выполняют хеширование запроса по алгоритму DST40, в конце этого процесса сравнивают результат хеширования с ответом и передают результат сравнения в блок управления.
  

Примерный алгоритм работы всего устройства такой:

1. Программа запрашивает у пользователя исходные данные: два запроса, переданных в транспондер и два соответствующих им ответа, полученных из транспондера, а также ключ шифрования, с которого следует начать перебор.
2. Программа загружает первый запрос/ответ и ключ в блок управления и запускает процесс перебора. После этого ждёт, когда блок управления сообщит ей об обнаружении совпадения или об исчерпании перебираемых ключей.
3. Блок управления выставляет запрос/ответ и ключ на входы исходных данных всех ядер и даёт им команду начать хеширование.
4. Каждое ядро выполняет хеширование запроса. На это уйдёт 200 тактов. По окончанию работы каждое ядро сравнивает результат хеширования с ответом и отправляет результат сравнения в блок управления.
5. Блок управления оценивает результаты работы всех ядер: если совпадений не найдено, то инкрементирует ключ и переходит к шагу 3 алгоритма.
6. Если же хотя-бы одно ядро обнаружило совпадение, то блок управления передаёт в программу найденный ключ вместе с номером ядра, обнаружившим совпадение.
7. Программа передаёт вторую пару запрос/ответ в блок управления и даёт ему команду продолжать поиск с текущего ключа.
8. Блок управления выполняет шаги с 3 по 5 алгоритма. Если совпадение опять обнаружено — информация об этом передаётся программе.
9. Программа сравнивает ключ и номер ядра с предыдущими — если совпадают, значит ключ найден. Процесс перебора завершён. Если не совпадают, то поиск продолжается.

Аппаратная часть конструкции заработала на тактовой частоте 200 мегагерц. В результате скорость перебора составила 128x200x10⁶ / 200 = 128 миллионов хешей в секунду. Устройство выполнило полный перебор всех вариантов за 2 часа 24 минуты. Это, конечно, было весьма неплохим результатом, но всё-таки не настолько хорошим — чтобы на этом остановиться.

Дальше я опишу несколько шагов, предпринятых для ускорения процесса перебора. Итак…

Шаг первый

Начнём с оптимизации алгоритма. Взглянем ещё раз на приведённую выше схему хеширования. Мы видим, что результат хеширования считывается из младших 24 бит регистра запроса/ответа. Старшие 16 бит не используются. Возникает закономерный вопрос: зачем выполнять последние 8 тактов, если их результат потом выбрасывается? Ответ: совершенно незачем. Достаточно подать на схему 192 такта, а затем забрать результат хеширования из старших 24 бит регистра. Так и поступим: это даст нам совершенно бесплатный четырёхпроцентный прирост скорости.

Шаг второй

Посмотрим на таблицы истинности логических элементов, приведённых в самом конце документа.

Внимательно посмотрим на таблицу истинности функции Fe

00000: 0
00001: 0
00010: 1
00011: 1
00100: 0
00101: 0
00110: 1
00111: 1
01000: 0
01001: 0
01010: 0
01011: 0
01100: 1
01101: 1
01110: 1
01111: 1
10000: 1
10001: 1
10010: 1
10011: 1
10100: 0
10101: 0
10110: 0
10111: 0
11000: 1
11001: 1
11010: 0
11011: 0
11100: 1
11101: 1
11110: 0
11111: 0


Легко заметить, что строчки сдублированы попарно. Это означает, что младший входной бит не оказывает влияния на результат и его можно без какого-бы то ни было ущерба отбросить. Сказано — сделано.

Теперь таблица истинности приобрела вот такой вид

0000: 0
0001: 1
0010: 0
0011: 1
0100: 0
0101: 0
0110: 1
0111: 1
1000: 1
1001: 1
1010: 0
1011: 0
1100: 1
1101: 0
1110: 1
1111: 0


Очевидного прироста скорости это не даёт. Однако, как известно, любое уменьшение количества комбинаторной логики в синхронных схемах положительно сказывается на возможности наращивания тактовой частоты.

В результате родилась вот такая схема ядра, в которой учтены описанные выше изменения (также в ней биты в регистрах перенумерованы так, чтобы счёт шёл с нуля — так более привычно):

Шаг третий

У программистов, пытающихся выжать максимум скорости из зацикленного куска программы, есть такой способ оптимизации как «разворачивание циклов». Заключается он в том, что счётчик циклов уменьшается в N раз, а последовательность команд, выполняемых в этом цикле, повторяется друг за другом N раз. Это позволяет уменьшить избыточность, вносимую командами обслуживания счётчиков цикла.

Попробуем и мы воспользоваться этим методом: развернём весь 192-тактовый цикл в одну сплошную линию. Реализация этого варианта вполне возможна, так как работа каждого цикла зависит только от результатов выполнения предыдущего цикла и больше ни от чего другого:

В этой схеме каждый блок логики с названием «ЦИКЛ N» включает в себя всю сеть Фейстеля, используемую в алгоритме DST40. Понятно, что длина логических цепей станет ненормально большой и скорость тактирования придётся значительно снизить. Однако, такая схема будет выдавать результат по каждому такту, а не по каждому 192-му такту, как это было исходно — стоит попробовать!

Реализуем такую схему и испытаем: как и ожидалось, тактовую частоту пришлось уменьшить до 2 мегагерц, а логики получилось так много, что на кристалл еле-еле поместилось 8 ядер. 16 миллионов хешей в секунду — это совершенно несерьёзно!

Выбросить эту идею на свалку? Ни в коем случае! Есть ещё один козырь, который теперь можно вытащить из рукава. Называется он конвейер. Полагаю, многим из читателей о конвейерах известно. А если неизвестно, то рекомендую почитать о них в замечательной статье Ивана Шевчука aka ishevchuk — «Пару слов о конвейерах в FPGA».

Итак, нарежем логическую цепь на 192 звена, на стыках между которыми поставим по два сорокабитных регистра:

Компилируем. Заработала эта конструкция на той же самой частоте, что и исходная конструкция из 128 ядер — 200 мегагерц. Но теперь новые исходные данные поступают на её вход по каждому такту. Результат также теперь снимается с выходов схемы по каждому такту (начиная с 192 такта). Ускорение составило 192 раза! Ура, ура! Однако, не всё так радужно, как хотелось бы. Схема ядра распухла настолько, что на кристалл поместилось всего одно ядро. Результирующая скорость перебора составила 200 миллионов хешей в секунду.

Не будем отчаиваться — поищем компромисс. Давайте внимательно посмотрим на получившуюся схему ещё раз. В глаза бросается то, что вся цепь из 192 звеньев как бы состоит из 64 одинаковых блоков по 3 звена: в первом звене блока регистр ключей не изменяется, во втором — сдвигается на 1 бит, а в третьем опять не изменяется. Попробуем изменить схему: уберём регистры, режущие эти блоки на три части. Таким образом количество звеньев цепи сократится до 64, а длина логических цепей каждого звена увеличится втрое. Результатом этого станет необходимость в понижении тактовой частоты, но в то же самое время размер ядра должен будет значительно сократиться.

Реализуем такую схему и получаем в результате возможность разместить на кристалле четыре таких ядра. Анализатор TimeQuest позволил запустить эту схему на 125 мегагерцах. Но так как ядер стало четыре и схема даёт по четыре результата на каждом такте (начиная с 64-го), то суммарная скорость перебора составила 4x125x10⁶ = 500 миллионов хешей в секунду. Уже весьма неплохо!

Шаг четвёртый

Ну и финальный штрих — оверклокинг! Куда же без него? 125 мегагерц, полученные на предыдущем шаге — это частота, при которой ещё не ругается анализатор TimeQuest. Но чипы Cyclone V имеют весьма приличный «запас прочности» по скорости. Воспользуемся этим и будем поднимать тактовую частоту схеме до тех пор, пока она не начнёт ошибаться — пропускать мимо ушей правильные комбинации исходных данных. Чтобы оценить корректность работы схемы, программа в HPS-процессоре была заменена на тестовую: в каждом цикле она формировала случайные пары ключей/запросов, вычисляла ответ, грузила всё это добро в конвейер и запускала схему. Если через 64 такта схема не сообщала об успешном обнаружении совпадения — тест считался не пройденным — частоту схемы нужно было понижать. Таким способом была найдена предельная частота, на которой схема сохраняла работоспособность: 170 мегагерц. На 175 мегагерцах схема начинала сбоить. На 170 мегагерцах скорость перебора составила 4x170x10⁶ = 680 миллионов хешей в секунду. С перебором всех возможных вариантов ключей устройство справлялось менее чем за 27 минут.

Ниже приведён видеоролик, демонстрирующий использование данного брутфорсера на практике:

Часть пятая: заключительная

Итоговая эффективность брутфорсера на базе DE0-Nano-SoC превысила эффективность 512-ядерного кластера, построенного командой Эви, примерно в 90 раз (конструкция получилась в 30 раз дешевле и втрое быстрее) — что на современном этапе, впрочем, совсем неудивительно.

Если кто желает «покопаться» в исходниках, то это можно сделать вот здесь. Там же в директории bin лежит скомпилированная прошивка для заливки в FPGA (тактовая частота ограничена величиной 150 МГц — для надёжности) и скомпилированная программа для запуска на HPS под Linux-ом.

Засим разрешите откланяться! Всем здоровья и удачи! Спасибо за внимание!

Транспондер: что это, интероперабельность, работа

На сегодняшний день, территория Российской Федерации буквально наполнена всевозможными магистральными узлами. Постепенное повышение уровня качества дорожного строительства привело не только к увеличению количества самих дорог, но и к образованию крупных корпораций, занимающихся их содержанием. Деятельность подобных компаний оплачивается дотациями из государственного бюджета, а также с помощью пошли, взимаемых с водителей, перемещающихся по федеральным трассам.

Транспондер – это небольшое электронное устройство, предназначенное для индивидуального пользования в салоне автомобиля, и использующееся для проведения бесконтактных транзакций при поездке по платным дорогам. В этой статье мы подробно расскажем о деятельности компаний-эмитентов, а также ответим на основные вопросы, касающиеся принципов работы транспондеров.

Содержание

• 1 Что это
• 2 Отличия
• 3 Интероперабельность
• 4 Принцип работы
• 5 Статусы
• 6 Установка и снятие

Что это

Транспондер – малогабаритный прибор, крепящийся в левом верхнем углу лобового стекла автомобиля. Устройство, снабженное специальной электронной метки, работает при пересечении водителем специальных магнитных рамок. Такие столбцы расположены по всему протяжению каждой платной магистрали – это своеобразные пункты бесконтактной оплаты, при перемещении через которые радиомаяк, установленный в салоне машины, отдаст команду на списание средств. Оборудование может быть привязано к банковской карте или отдельному лицевому счету владельца прибора. Таким образом, транспондер выполняет следующие функции:

• Обеспечивает беспрепятственный проезд без лишних остановок и временных затрат на физическое внесение оплаты.
• Выступает в роли избавления от необходимости использования наличных средств – не нужны деньги, сдача, расчеты и пр.
• Позволяет не пользоваться чеками, так как все операции автоматически сохраняются в памяти прибора.
• Сокращает время поездки, так как в воротах, предназначенных для проезда с радиомаяком, никогда не бывает очередей.

Обратите внимание: перед проездом через магнитную рамку, водитель прибора должен снизить скорость до 25-30км/ч. Входная транзакция будет одобрена только в том случае, если на счету водителя присутствует необходимая денежная сумма.

Отличия

Фактически каждый все транспондеры – это одинаковые устройства, не отличающиеся между собой внутренней начинкой и техническими принципами работы. Меняются только компании-эмитенты, занимающиеся выпуском приборов. Рынок платных дорог в этом плане похож на сферу мобильной связи: существует несколько крупных организаций, предоставляющих свои услуги с помощью сим-карт, тарифных планов и пр. Транспондер – своеобразная сим-карта, на которую может быть записан определенный тариф, в рамках которого водитель будет получать существенные бонусы. На сегодняшний день, в России существуют 4 организации, занимающиеся выпуском радиомаяков:

1. T-Pass от «ООО Автодор-Платные Дороги».
2. 15-58 от «ООО Объединенные системы сбора платы».
3. ЗСД от «ООО Магистраль Северной Столицы».
4. «Главная дорога» от «АО Невское качество дорог».

Каждая компания обладает статусом доверительного управляющего на определенной платной федеральной трассе. Купив транспондер T-Pass, вы сможете получать выгодные предложения на проезд по трассам, находящимся в ведении государственной компании Автодор. Водители, использующие прибор ЗСД, могут рассчитывать на скидки при перемещении по дорогам бренда «ООО Магистраль Северной Столицы».

Интероперабельность

Приобретая радиомаяк от одной из компаний-эмитентов, вы можете использовать устройство на всех платных магистралях страны. Принцип интероперабельности заключается в возможности применения одного и того же устройства для проезда по любой федеральной магистрали. Например, радиомаяк T-Pass будет действовать не только на дорогах ГК Автодор, но и на трассах остальных эмитентов.

Обратите внимание: принцип интероперабельности гласит лишь о возможности использования одного транспондера для всех дорог. Наибольшую пользу устройство принесет только при поездках по трассам конкретной компании, занимавшейся выпуском прибора. Используя тот же T-Pass, водитель будет дешево ездить по дорогам «ООО Автодор-Платные Дороги», без каких-либо скидок на остальных магистралях страны. Однако остальные преимущества (бесконтактная оплата и экономия времени), все-таки останутся.

Принцип работы

Транспондер – маленькая коробочка с электронной начинкой, окрашенная в фирменные цвета компании-эмитента. Устройство поставляется в комплекте с креплением и инструкцией, согласно которой водитель монтирует прибор в левый верхний угол лобового стекла. Малые размера самого транспондера позволяют говорить о том, что контейнер со схемами не перекрывает угол обзора, нисколько не мешая водителю управлять транспортным средством.

На всем протяжении платной дороги установлены шлагбаумы, рядом с которыми стоят стационарные пункты продаж. Водитель может остановиться, выйти из машины, подойти к пункту оплаты, провести все необходимые операции по наличному или безналичному расчету, после чего продолжить путь. Второй вариант – использование транспондера. Машина с установленным устройством просто проезжает через отдельные ворота, которые оборудованы магнитными рамками – считывателями бесконтактной оплаты.

Благодаря современным GSM технологиям подобные транзакции проводятся в течение нескольких секунд, без всякого участия водителя. Таким образом, обладатели подобных приборов экономят свое время и деньги, так как проезд по радиомаяку в среднем на 30% дешевле, по сравнению с тем, если бы вы оплатили дорогу в физическом здании пункта продаж.

Статусы

Каждый транспондер привязан к конкретной машине и владельцу с помощью договора, заключаемого водителем в момент покупки и оформления устройства. Штатный прибор снабжен элементами звуковой и визуальной индикации – с их помощью осуществляется передача уведомлений. Например, один короткий сигнал, издаваемый устройством при проезде через магнитную рамку, свидетельствует о корректности проведения оплаты.

Визуальная индикация – небольшой диод, закрепленный на корпусе прибора, и горящий одним из 4-х цветов. С помощью такого уведомления, водитель может посмотреть текущий статус своего прибора:

• Зеленый – проезд разрешен, баланс в норме.
• Оранжевый – проезд разрешен, баланс заканчивается.
• Серый – проезд запрещен, баланс на нуле.
• Красный – проезд запрещен, договор на использование устройства приостановлен или аннулирован.

Обратите внимание: изменение текущего статуса при проведении вводных транзакций на пополнение лицевого счета происходит в течение одного-двух часов.

Установка и снятие

Каждый радиомаяк поставляется в комплекте с крепежом и инструкцией по установке прибора на лобовое стекло автомобиля. Согласно текущим регламентам, монтаж оборудования для оплаты проезда по дорогам компаний-эмитентов должен производиться в следующем порядке:

• Место будущей установки прибора тщательно протирается, обезжиривается и высушивается.
• Транспондер располагается горизонтально, прислоняясь к обозначенному месту на лобовом стекле автомобиля.
• Снимается защитная пленка, после чего устройство крепится на подготовленное место при помощи клейкой основы.
• Прибор фиксируется (плотно прижимается) к поверхности стекла в течение 15-20 секунд.

Согласно рекомендациям, установка транспондера может выполняться только при температуре поверхности стекла 15 градусов по Цельсию.

4.2 Компоненты системы DWDM — Электронный учебно-методический комплекс по ТМ и О ЦВОСП

Итак, согласно рисунку 4.1 к основным компонентам системы DWDM относятся:

1.  Транспондер (трансивер).

2.  Мультиплексор/демультиплексор.

3.  Оптический усилитель.

4.  Компенсатор хроматической дисперсии.

Для передачи данных на длине волны из сетки DWDM можно использовать два вида устройств – трансиверы и транспондеры.

Транспондер производит 3R регенерацию (восстановление формы, мощности и синхронизации сигнала) приходящего клиентского сигнала. А также конвертацию клиентского трафика из одного протокола передачи в другой, как правило, более помехозащищенной (например OTN с использованием FEC) и передает сигнал в  линейный порт (рис 4.3.).

Рисунок 4.3. Схема транспондера.

Т.е. как отмечалось раньше, транспондеры позволяют преобразовать длину волны излучения оконечного устройства в длину волны DWDM для передачи в мультиплексор. На входы оптического мультиплексора поступают оптические сигналы, параметры которых соответствуют стандартам, определенными рекомендациями  G-962. Транспондер может иметь разное количество оптических входов и выходов. Но, если на любойвход транспондера может быть подан оптический сигнал, параметры которого определены рекомендацией G.957, то выходные его сигналы по параметрам должны соответствовать рекомендации G.962. При этом если уплотняется m оптических сигналов, то на выходе транспондера длина волны каждого канала должна соответствовать только одному из них в соответствии с сеткой частотного плана ITU-T.

В отличие от транспондеров, трансиверы не преобразуют длину волны излучения оконечного устройства.

Мультиплексоры и демультиплексоры.

Каждый лазерный передатчик в системе WDM выдает сигнал на одной из заданных частот. Все эти сигналы (каналы) необходимо мультиплексировать (объединить друг с другом) в единый составной сигнал.

Устройство, которое выполняет эту функцию, называется оптическим мультиплексором MUX (или OM). Аналогичное устройство на другом конце линии связи разделяет составной сигнал на отдельные каналы и называется оптическим демультиплексором, DEMUX (или OD). В WDM мультиплексированию подвергаются спектральные компоненты отдельных сигналов, характеристики которых всегда известны заранее (рис.4.4).

На рисунке 4.4 (а) показана типовая схема DWDM мультиплексора с зеркальным отражательным элементом. Рассмотрим его работу в режиме демультиплексирования. Приходящий мультиплексный поток  попадает на входной порт.  Затем этот сигнал проходит через волновод-пластину и распределяется по множеству волноводов, представляющих дифракционную структуру AWG. По-прежднему, сигнал в каждом из волноводов остается мультиплексным, а каждый канал  остается представленным во всех волноводах. Далее происходит отражение сигналов от зеркальной поверхности, и в итоге световые потоки вновь собираются в волноводе-пластине, где происходит их фокусировка и интерференция — образуются пространственно разнесенные интерференционные максимумы интенсивности, соответствующие разным каналам. Геометрия волновода-пластины, в частности расположение выходных полюсов, и длины волноводов структуры AWG рассчитываются таким образом, чтобы интерференционные максимумы совпадали с выходными полюсами. Мультиплексирование происходит обратным путем.

Рисунок 4.4 Схемы DWDМ  мультиплексоров

а) с отражающим элементом; б) с двумя волноводами-пластинами

 

Другой способ построения мультиплексора (Рис. 4.4 б) базируется не на одной, а на паре волноводов-пластин. Принцип действия такого устройствааналогичен предыдущему случаю, за исключением того, что здесь для фокусировки и интерференции используется дополнительная пластина.

Для использования частотного ресурса DWDМ применяют специальные пассивные устройства – мультиплексоры ввода-вывода (дрон-модули), а также специальные (цветные) трансиверы (SFР). Распределение каналов определяется схемой построения сети.

а)

б)

Рисунок 4.5. Мультиплексор ввода/вывода. OADM

Использование перенастраиваемого оптического мультиплексора вводы/вывода (ROADM) дает возможность гибкого развертывания и удаленного конфигурирования спектральных каналов. На любом узле сети ROADM возможно переключение состояния спектрального канала на ввод/вывод и сквозную передачу без прерывания действующих услуг. При работе с перестраиваемым лазером ROADM обеспечивает гибкое управление спектральными каналами. ROADM позволяют строить сети с несколькими кольцами или смешанные сеть: на основе технологии селекторного переключения спектральных каналов (WSS). 

DWDМ мультиплексоры являются пассивными устройствами, вносят в сигнал достаточно затухание большое (до 8 и более дБ).

Оптические усилители.

Когда расстояние между удаленными узлами больше максимально допустимой длины пролета, в промежуточных точках устанавливаются дополнительные регенераторы, которые принимают слабый сигнал, усиливают его в процессе оптоэлектронного преобразования, восстанавливают скважность, фронты и временные характеристики следования импульсов. После преобразования в оптическую форму передают дальше правильный сигнал, в том же виде в каком он был на выходе предыдущего регенератора. Эти системы очень дорогие, при их установке нет возможности наращивать пропускную способность линии.

 Усилители оптические на волокне,легированном эрбием усиливают оптические сигналы без преобразования их в электрическую форму.а их рабочий диапазон длин волн практически точно соответствует окну прозрачности кварцевого оптического волокна (рис.4.6). За счет этих усилителей (EDFA) и началось стремительное развитие сетей DWDM в последнее время.

Рис. 4.6. Зависимость коэффициента усиления EDFA от длины волны

На основе  EDFA потери мощности преодолеваются путем оптического усиления. Принцип действия EDFA усилителя в общих чертах следующий: за счет легированного эрбием волокна (в стекло, фактически, примешивается данный редкоземельный элемент) и одного-двух лазеров накачки создаётся ситуация, когда частицы эрбия сначала резко и мощно возбуждаются, а затем переводятся в состояние покоя, тем самым «выплёвывая» дополнительную энергию, которая усиливает световой поток, проходящий через данное волокно.

Такое усиление не привязано к битовой скорости сигнала, что позволяет передавать информацию на более высоких скоростях и наращивать пропускную способность до тех пор, пока не начинают сказываться другие факторы, также как хроматическая, поляризационная модовая дисперсии.

Усилители EDFA обладают низким уровнем  шумов, а их рабочий диапазон длин волн практически точно соответствует окну прозрачности кварцевого оптического волокна.

Рис. 4.7 Схема усилителя EDFA

 

Усиление происходит в диапазоне волн от 1525нм до 1565нм. В эти 40нм умещаетсянесколько десятков каналовDWDM.

Усилители EDFA полностью «прозрачны», т.е. не зависят от используемых протоколов, форматов, скорости передачи и длины волны оптического сигнала.

Так как EDFA независимы от сетевого протокола, их можно подключать непосредственно  к различному оборудованию – коммутаторам  ATM или компонентам протокола IP – не опасаясь, что они помешают друг другу.

 Такая гибкость – одно из основных преимуществ использования их в системах DWDM.

Применение таких усилителей позволяет создавать полностью оптические сети, в которых обработка сигнала электронными устройствами происходит только в начальной (где информация только попала в сеть) и конечной (где информация достигла конечного получателя) точках сети.

Каждая линия связи уровня STM-16 обрабатывается в системе DWDM как отдельный канал на отдельной длине волны, благодаря чему большая часть существующего сетевого оборудования непосредственно включается в состав систем  DWDM. За счет этого начальная стоимость ввода DWDM в эксплуатацию достаточно низка.

Разработка различных схем мощной накачки позволит создать усилители EDFA с расширенным рабочим диапазоном от 1570нм до 1605нм (L — диапазон). Такие усилители также называют длинноволновыми усилителями LWEDFA.

Компенсаторы дисперсии.

Компенсатор дисперсии – пассивное устройство, технологически представляющее собой катушку волокна в некотором корпусе (например, 1U 19 inch). Особенность этого устройства в его внутреннем волокне – оно имеет отрицательное значение дисперсии, то есть, восстанавливает «размытый» сигнал. Значение дисперсии у такого волокна примерно 165 пс/(нм*км). Как следствие, компенсаторы дисперсии обычно характеризуются тремя цифрами: длина полностью компенсируемого обычного волокна, длина волокна в самом компенсаторе дисперсии и суммарное отрицательное значение дисперсии (например, для полной компенсации дисперсии в 80 км стандартного волокна (1360 пс/(нм*км)) требуется 8,2 км компенсирующего волокна, суммарный показатель дисперсии у которого равен -1360). Включаются компенсаторы дисперсии обычно на приёмной стороне линии связи.

 

Ваш браузер не поддерживает JWPlayer

 

Ваш браузер не поддерживает JWPlayer

 

 

Что такое транспондер? Как это работает и многое другое (с иллюстрациями)

Транспондер — это электронное устройство, используемое для беспроводного приема и передачи электрических сигналов. Соответственно, его название в равной степени происходит от слов «передатчик» и «ответчик». Первоначально он был разработан для прикрепления к объекту, который нужно было найти, и некоторые из них до сих пор используются таким образом.

Это устройство работает, получая сигнал, называемый «запросчиком», потому что он эффективно «запрашивает» информацию, а затем автоматически передает радиоволну на заданной частоте. Чтобы транслировать сигнал на частоте, отличной от принимаемой, встроен преобразователь частоты. Принимая и передавая на разных частотах, можно обнаружить два сигнала одновременно.

Первое использование транспондера было на самолете во время Второй мировой войны как часть системы идентификации друга или врага (IFF). Отвечая на секретные частоты запросов, пилоты могли указать операторам радаров, что они являются дружественными самолетами.

Эти устройства до сих пор широко распространены как в военной, так и в коммерческой авиации. Они получают сигнал с земли, а затем автоматически отвечают идентификационным кодом для авиадиспетчеров, а также информацией о высоте. В авиационных приложениях они также настроены на усиление сигнала, чтобы сделать самолет более заметным на радаре.

Они также используются для измерения расстояния путем расчета времени, прошедшего между отправкой сигнала запросчика и получением сигнала транспондера. Например, сонарные устройства используются для обозначения подводных позиций, расчета глубины и отслеживания позиций.

Может показаться, что это технология, которую средний потребитель никогда не использует, но даже если это когда-то было так, это уже не так. У современного пассажира в машине, вероятно, есть по крайней мере один передатчик, вероятно, установленный на лобовом стекле или приборной панели. Это для дорог, на которых используются электронные системы взимания платы за проезд, которые вычисляют сумму дорожных сборов, подлежащих уплате, и завершают транзакцию, не требуя от водителя даже опускания окна. Некоторые новые автомобили также оснащены датчиками, которые операторы могут использовать для определения местоположения автомобиля в случае возникновения чрезвычайной ситуации. В сотовых телефонах используется аналогичный, хотя и меньший по размеру, чип для передачи местоположения телефона, если он использовался для вызова службы экстренной помощи.

Даже случайный просмотр телепередач часто связан с использованием этих устройств. Сеть может соединять свои наземные спутники со спутниками связи, вращающимися вокруг Земли, отправлять несколько каналов с цифровым сжатием видео и аудио на один транспондер на ее борту, а местные станции могут затем принимать программу и ретранслировать ее на местном уровне, направляя соответствующее наземное блюдо.

Как работает транспондер?

Устройство беспроводного мониторинга, связи или управления, которое обнаруживает сигнал и реагирует на него, называется транспондером. Слово было придумано как сочетание слов «передавать» и «отвечать», что прекрасно определяет назначение устройства. Транспондеры работают через радиочастоты и могут быть активными или пассивными.

Активные транспондеры

Активные транспондеры питаются от внутренней батареи и могут непрерывно передавать данные, используя собственный источник питания.

• Простые активные транспондеры часто используются в системах идентификации, определения местоположения и навигации самолетов. Одним из примеров является устройство радиочастотной идентификации (RFID), которое отправляет закодированный сигнал при получении запроса от контрольной точки. Входные и выходные частоты предварительно назначаются, а отслеживание выходного сигнала транспондера позволяет постоянно контролировать положение транспондера. Этот тип устройств может успешно функционировать на больших расстояниях, составляющих тысячи миль.
• На космических кораблях и спутниках связи установлены сложные активные транспондеры. Эти устройства принимают сигналы из полосы частот и одновременно ретранслируют сигналы в отдельном диапазоне. Этот тип транспондера работает аналогично наземному ретранслятору сотового телефона и способен работать в межпланетном масштабе.

Пассивные транспондеры

Пассивные транспондеры используют радиочастоту сканирующей антенны или считывателя в качестве источника питания и будут передавать данные только в ответ на запрос от считывателя/антенны. Транспондер может быть физически небольшим, а считывающее устройство может располагаться на расстоянии до нескольких футов.

Магнитная этикетка на кредитной карте — хороший пример пассивного транспондера. Полоса кредитной карты должна быть декодирована активным датчиком, который расшифровывает данные, хранящиеся в транспондере.

Что такое номер транспондера?

Номера транспондеров обычно используются в транспортной отрасли, как для обеспечения безопасности самолетов, так и для управления дорогами.

Номера транспондеров самолетов

Транспондеры были впервые использованы в отношении самолетов, когда военные использовали их для идентификации своих самолетов с помощью кодированного сигнала, принимаемого военным радаром. Эта процедура получила название IFF (Identification Friend or Foe).

Сегодняшние транспондеры на самолетах помогают в идентификации на радаре управления воздушным движением. Системы предотвращения столкновений используют передачи от транспондеров для обнаружения воздушных судов, которым грозит столкновение.

Группы управления воздушным движением присваивают воздушному судну код транспондера, используя термин «визг» или «визг», за которым следует четырехзначный код, который можно интерпретировать как «выбор кода транспондера».

Номера дорожных транспондеров

Также известный как бирка взимания платы, номер транспондера используется операторами транспортных средств для автоматической передачи радиосигнала для оплаты дорожных сборов вместо ручной оплаты через пункт взимания платы. На шоссе устанавливается системный считыватель, который расшифровывает информацию о метках и количестве осей транспортных средств, чтобы рассчитать правильную сумму дорожных сборов и вычесть общую сумму из дебетового счета.

Для некоторых автомобилей с ветровыми стеклами из оксида металла может потребоваться правильное сканирование внешней бирки платы за проезд на номерном знаке.

Что такое транспондерный ключ?

Транспондер

или «чиповые» ключи стали отраслевым стандартом для автомобилей и регулярно использовались в большинстве автомобилей, выпущенных за последние два десятилетия. Эти устройства используют микрочипы для отправки сигналов, которые считываются удаленными приемниками. Производитель программирует микрочип каждого транспондерного ключа серийным номером, уникальным для этого конкретного автомобиля. Приемник использует RFID для декодирования правильного серийного номера, что позволяет разблокировать автомобиль.

При вставлении ключа приемник возле замка зажигания принимает сигнал. Если серийный номер транспондера соответствует уникальному запрограммированному номеру автомобиля, автомобиль заведется при повороте ключа.

Повышенная безопасность

Ключи с транспондером по-разному повышают безопасность автомобиля.

• Возможность «подогрева» автомобиля или взлома его замка зажигания удалена за счет использования транспондерного ключа. Приемник зажигания требует распознавания соответствующего серийного номера для запуска автомобиля.
• Иммобилайзер обычно работает с транспондерным ключом для повышения безопасности. Некоторые устройства предотвращают запуск двигателя при отсутствии транспондерного ключа, а другие предотвращают впрыск топлива в двигатель, поэтому автомобиль не заводится.
• Потенциальному вору гораздо труднее воспроизвести цифровую идентификацию ключа-транспондера, чем комбинацию физических надрезов на механическом ключе, что затрудняет запуск автомобиля чужим ключом.

Блокировка блокировки

До использования ключей-транспондеров люди обычно запирались в своих автомобилях, но ключи-транспондеры помогли предотвратить это. Большинство автомобилей отправят предупреждение и остановят процесс запирания, если ключ все еще находится внутри автомобиля, когда вы пытаетесь его запереть.

Самолетные транспондеры: что это такое и как они работают.

---

Я могу получать небольшую комиссию за ссылки на этой странице, но я рекомендую только качественные продукты, которым доверяю.

---

Пит

Пит летает на самолетах последние 20 лет. Он пилотировал все, от легких поршневых самолетов до тяжелых реактивных самолетов в качестве первого помощника и капитана. В настоящее время он наслаждается жизнью, летая на Airbus A330 крупной международной авиакомпании.

Транспондер самолета (сокращение от «передатчик-ответчик») представляет собой электронное устройство на борту самолета, которое передает четырехзначный код (называемый «кодом сигнала»), который позволяет службе управления воздушным движением идентифицировать самолет.

В кабине пилоты вводят четырехзначный код, присвоенный им УВД, в транспондер (также называемый «TXPDR» или «XPDR»), который идентифицирует самолет на экране радара управления воздушным движением.

Содержание

Как работают транспондеры

Существует два основных типа радаров управления воздушным движением (УВД): первичный и вторичный радар.

Первичный радар будет отображать возврат на экране контроллера, когда сигнал радара отражается обратно на радар, т. е. самолетом. Первичный радар не предоставляет диспетчеру никакой другой информации, кроме расстояния и пеленга самолета.

Вторичный обзорный радар (SSR) передает «запрос» (запрос информации) на частоте 1030 МГц, который принимает транспондер, который, в свою очередь, отвечает на частоте 1090 МГц. Этот ответ включает 4-значный сигнальный код самолета, который позволяет отображать позывной или регистрацию самолета, а также может включать барометрическую высоту самолета.

Как работают коды звонка?

Обычно авиадиспетчерская служба присваивает сигнальный код первому разрешению, полученному рейсом (либо на земле, либо в воздухе).

Если полет будет полетом по ПВП, то пилот установит сигнал 1200 в США или 7000 в большей части остального мира.

Коды Squawk, выдаваемые воздушному судну, уникальны для этого воздушного судна и будут отображать номер рейса или регистрацию воздушного судна на экране диспетчеров.

«Основные радары» управления воздушным движением показывают пеленг и расстояние от радара до самолета. Вторичный радар наблюдения (SSR) покажет диспетчерам дополнительную информацию, полученную из кода ответного сигнала.

---

5 лучших авиационных аудиокниг (выбранных пилотом) Список лучших авиационных аудиокниг, выбранных действующим пилотом авиакомпании. От увлекательных историй на заре авиации до авиационных происшествий в наши дни.

---

Почему коды ответных сигналов варьируются от 0 до 7?

Исторически транспондеры разрабатывались для использования «восьмеричных чисел», т. е. от 0 до 7. Squawk-коды представляют собой 4-значные восьмеричные числа от 0 до 7, что дает 4096 возможных кодов.

Более подробную информацию о преимуществах восьмеричных чисел в компьютерном программировании можно найти здесь.

Что происходит, когда авиадиспетчер говорит воздушному судну «подавать сигнал»

Обычно можно услышать, как авиадиспетчер говорит пилоту «сигналить по сигналу». На всех транспондерах (режим A, C и S) есть кнопка идентификации, и сообщение пилоту «идентификация сигнала» является указанием для пилота нажать эту кнопку.

Когда радар УВД улавливает «опознанный» сигнал, этот самолет выделяется или «расцветает» на экранах. Они используют это как еще одно средство для положительной идентификации самолета, то есть для того, чтобы убедиться, что они дают инструкции правильному самолету.

В чем разница между транспондерами режима A и режима C?

Современные транспондеры могут работать в определенных «режимах» — это может быть связано с их ограничениями (у некоторых легких самолетов транспондеры могут быть ограничены режимом A или C) или из-за выбора пилота (например, после неисправности).

Обычно существует 3 типа режимов транспондера: A, C и S.

Режим A Транспондер

Режим A («режим альфа») является самым основным режимом. При работе транспондера в режиме А на экране контроллера будет отображаться только выбранный код сигнала.

Транспондер режима C

Режим C («режим Чарли») сочетает в себе основные детали режима A с барометрической высотой, предоставляя диспетчерам УВД показания высоты самолета на их экране.

Транспондер режима S

Режим S («режим Sierra») является наиболее продвинутым режимом из трех и наиболее распространенным на современных коммерческих самолетах.

Дополнительным преимуществом режима S является то, что он позволяет использовать БСПС/TCAS и ADS-B (автоматическое зависимое наблюдение-радиовещание).

---

5 лучших авиационных аудиокниг (выбранных пилотом) Список лучших авиационных аудиокниг, выбранных действующим пилотом авиакомпании. От увлекательных историй на заре авиации до авиационных происшествий в наши дни.

---

Предотвращение столкновений: БСПС и TCAS

БСПС (бортовая система предотвращения столкновений и предотвращения столкновений) и TCAS (система предотвращения столкновений и предотвращения столкновений) — это бортовые системы, которые принимают сигналы транспондеров от близлежащих самолетов через ряд антенн на борту самолета.

Это позволяет системе рассчитать пеленг и расстояние до других ближайших самолетов. Если БСПС/TCAS прогнозирует, что воздушное судно будет лететь слишком близко к другому транспортному средству, оно подаст сигнал тревоги в кабине пилотов и предоставит пилотам инструкции по избеганию действий.

Узнайте больше о ACAS и TCAS здесь.

ADS-B

ADS-B, или автоматическое зависимое наблюдение-трансляция, представляет собой систему, в которой воздушное судно определяет свое местоположение с помощью спутниковой навигации и передает свое местоположение наземным станциям. ADS-B можно использовать вместо обычного радиолокационного наблюдения управления воздушным движением в местах, где нет радаров. Кроме того, он также позволяет другим самолетам получать информацию о его местоположении для обеспечения эшелонирования.

Автоматически – пилот не вводит.
Зависимый — зависит от данных навигационных систем самолета.
Наблюдение — передает положение самолета.
Broadcast — периодически транслирует положение самолета наземным станциям и другим самолетам.

Узнайте о различиях между ADS-B и ADS-C здесь.

Когда используются транспондеры?

Обычно мы запрашиваем разрешение на вылет по каналу передачи данных примерно за 30 минут до ожидаемого времени отправки. С разрешением УВД присвоит нам код крика, и именно в этот момент мы введем его в транспондер.

Обычно мы оставляем транспондер в режиме ожидания, пока не будем готовы к отправке. Как только мы закроем двери и ожидающий грузовик, мы включим транспондер. Наземный режим транспондера позволит наземному диспетчеру УВД видеть нас на своем экране (это достигается как часть SMR — радара наземного движения).

Подробнее о радаре наземного движения здесь.

Панель транспондера

Панель транспондера обычно расположена на центральной консоли и содержит ряд переключателей и кнопок. «ATC» слева означает секцию транспондера, а «TCAS» справа указывает на селекторы режимов TCAS вместе с кнопкой «IDENT».

Селектор режима транспондера

STBY

Режим ожидания (STBY) – оба транспондера включены, но не передают.

ВКЛ/АВТО

На земле выбранный транспондер работает только в режиме S (т.е. выборочный опрос).

Селектор транспондера XPDR

1/2

Выбирает транспондер 1 или транспондер 2. Используется в случае отказа одного транспондера.

ALT RPTG

ON/OFF

Сообщение о высоте (ALT RPTG) либо включено, либо выключено. При выборе транспондер передает высоту самолета на основе стандартных барометрических данных.

Индикатор неисправности ATC

Загорается в случае отказа выбранного транспондера.

Переключатель IDENT

По указанию УВД экипаж нажимает переключатель IDENT, который передает сигнал опознавания самолета. Это также можно использовать в случае сбоя радиосвязи, чтобы указать, что экипаж принимает сообщения УВД, но не может ответить.

Селектор трафика TCAS

Селектор трафика, как следует из названия, позволяет нам отфильтровывать определенный трафик в зависимости от наших требований.

THRT

Ближайшие и другие нарушители отображаются только при наличии TA или RA и в пределах 2700 футов от самолета.

ВСЕ

Отображается весь трафик в пределах 2700 футов.

ABV

Вверху: Отображается трафик на высоте 9900 футов над уровнем моря и 2700 футов внизу.

BLW

Внизу: показано движение на высоте 9900 футов ниже, а также движение в верхней части города на высоте 2700 футов. Это нормальный выбор в круизе, где мы находимся на высоком уровне — знание летательных аппаратов ниже важно, например, в случае экстренного снижения.

Переключатель режима TCAS

Справа от транспондера находится переключатель режима системы предотвращения столкновений (TCAS). Система TCAS принимает сообщения от других самолетов и, если она предсказывает, что самолет подойдет слишком близко, выдает инструкции по избеганию действий.

TA/RA

Traffic Alert/Resolution Advisory (TA/RA) — это нормальное положение, и мы выбираем этот режим перед выстраиванием на взлетно-посадочную полосу. Во время выруливания и после посадки выбираем режим ожидания (STBY).

В режиме TA/RA будут отображаться все Предупреждения о дорожном движении и рекомендации по разрешению проблемы: 1. Включен ALT RPTG (сообщение о высоте) и 2. Включен режим транспондера УВД.

TA

Режим TA (Traffic Alert) используется в случае ухудшения характеристик самолета. (например, в случае отказа двигателя или невозможности убрать шасси). Отображаются TA, ближайший трафик и другие нарушители. Все RA конвертируются в TA.

STBY

Часть транспондера TCAS находится в режиме ожидания. Элемент транспондера по-прежнему работает нормально, но TCAS недоступен.

Коды аварийных сигналов

Некоторые коды сигналов вызова зарезервированы для определенных ситуаций, обычно чрезвычайных ситуаций. Установка этих кодов вызовет тревогу в центре УВД, контролирующем полет, а также предупредит соседние секторы о чрезвычайной ситуации.

• 7500 — угон. Широко разрекламированный в Интернете — я не буду вдаваться в подробности об этом, но достаточно сказать, что следите за истребителями!
• 7600 – сбой радиосвязи. Это сигнализирует службе управления воздушным движением, что у пилота произошел сбой радиосвязи. Подробнее о процедурах потери связи здесь.
• 7700 – аварийная служба, или MAYDAY. Это предупреждает используемый орган УВД (и другие соседние органы) о том, что воздушное судно попало в аварийную ситуацию и может быть не в состоянии выполнить инструкции УВД.

Код аварийной пневмонии: «75 взяты живыми, 76 в исправлении, 77 на пути в рай».

Reserved squawk codes

Some specific transponder codes are reserved for special use:

Squawk	Reason for Reservation
1000	A squawk of 1000 may be used where ATC can interrogate the Транспондер режима S воздушного судна для получения позывного/регистрации воздушного судна.
1200	Сигнал ПВП – США.
2000	Используется при входе в воздушное пространство без присвоенного кода – напр. пересекая океан, мы кричим «2000», прежде чем достичь берега.
7000	Squawk по ПВП – Остальной мир.
7500	Незаконное вмешательство/угон.
7600	Отказ радиосвязи.
7700	Аварийный/MAYDAY.
7777	Используется в США для военных самолетов, выполняющих операции по перехвату без разрешения УВД*

Зарезервированные коды Squawk

*Примечание.

В чем разница между первичным и вторичным радаром?

Первичный радар работает по принципу отражательной способности и показывает отражение на экране радара, но без какой-либо информации.

Возвратные данные вторичного радиолокатора наблюдения (SSR) включают в себя сигнальный код воздушного судна, который позволяет идентифицировать воздушное судно и позволяет отображать позывной или регистрацию воздушного судна вместе с радиолокационным ответным сигналом.

Что означает «Squawk VFR»?

«Squawk VFR» — это указание службы управления воздушным движением при выходе из контролируемого воздушного пространства установить код транспондера на соответствующий код VFR (правила визуального полета).

В США код сигнала VFR — 1200, тогда как в остальном мире обычно используется 7000.

Это указывает службе управления воздушным движением, что воздушное судно следует правилам визуальных полетов, и они несут ответственность за собственную навигацию и разрешение на местности.

Что означает, когда УВД говорит «Squawk Ident»?

Указание авиадиспетчерской службы «Squawk ident» — это указание пилоту нажать кнопку «ident» на его/ее транспондере, после чего на экране контроллера появится подсветка самолета.

Инструктирование воздушного судна «сигнализировать опознание» — еще один способ для службы управления воздушным движением точно идентифицировать рассматриваемое воздушное судно.

Кроме того, в случае «потеря связи», когда воздушное судно теряет радиосвязь, УВД может запросить воздушное судно «идентифицировать пронзительный сигнал», что будет означать, что, хотя воздушное судно не может ответить по радио, они получают передача от авиадиспетчерской службы.

Что такое сигнальный код?

Код ответчика или код транспондера — это 4-значный код, введенный в транспондер самолета, который идентифицирует этот самолет на радаре управления воздушным движением.

Что означает режим Чарли/режим C по отношению к транспондерам?

Транспондеры, работающие в режиме C, включают барометрическую высоту самолета в дополнение к коду транспондера самолета (коду сигнала).

Какие коды аварийных транспондеров?

7500 незаконное вмешательство(угон), 7600 отказ радиосвязи и 7700 аварийная ситуация/MAYDAY. «75 взято живыми, 76 в исправлении, 77 на пути в рай».

Когда используется сигнал 2000?

Squawking 2000 используется, когда радары управления воздушным движением могут опрашивать транспондер режима S самолета, чтобы получить позывной или регистрацию самолета.

Что такое TCAS?

Система предотвращения столкновений (TCAS) — это компьютерная система, которая отслеживает другие воздушные суда и, если она предсказывает, что воздушные суда будут лететь слишком близко, может дать экипажу инструкции по предотвращению столкновений.

Что такое «близкое движение» TCAS?

Ближайшее движение на TCAS — это движение в пределах 6 морских миль и 1200 футов от самолета, и его символ обычно отображается в виде сплошного ромба.

Пит

Пит летает на самолетах последние 20 лет. Он пилотировал все, от легких поршневых самолетов до тяжелых реактивных самолетов в качестве первого помощника и капитана. В настоящее время он наслаждается жизнью, летая на Airbus A330 крупной международной авиакомпании.

Как все работает: идентификация самолетов | Журнал Air & Space

Спутники глобальной системы позиционирования предоставляют информацию о местоположении, в то время как самолеты, оборудованные ADS-B, обмениваются полетной информацией. Спутники связи (не показаны) могут связывать станции управления воздушным движением. Иллюстрация Гарри Уитвера

Управление воздушным движением без радара? Эти знакомые башни, часто высотой 40 футов и увенчанные вращающимися антеннами размером 20 на 10 футов, могут постепенно уступить место наземным блокам размером с холодильник в комнате общежития.

Эти устройства станут частью системы, известной как автоматическое зависимое наблюдение-вещание (ADS-B), и их создание и обслуживание намного дешевле, чем радаров. Сторонники системы обещают и другие преимущества, такие как увеличение пропускной способности воздушного пространства США.

Эти наземные средства ADS-B размером с холодильник практически лишены движущихся частей, потому что, в отличие от традиционных радиолокационных устройств, им не нужно осматривать небо для передачи радиоволн, а затем измерять их возвращение. Устройства ADS-B могут быть установлены на вышках сотовой связи и многих других сооружениях, а также в удаленных местах, где с логистической точки зрения невозможно разместить большие радары. Программы испытаний уже предусматривают их размещение во внутренних районах Аляски и на нефтяных платформах в Мексиканском заливе. Самолеты, оснащенные ADS-B, также могут обмениваться данными, информируя пилотов о воздушном пространстве, которое теперь доступно только в диспетчерской.

ADS-B получает информацию о местоположении от навигационных систем самолета, прежде всего от спутниковой системы глобального позиционирования или GPS. Типичная система управления полетом авиалайнера (FMS) также включает в себя другие навигационные средства, которые могут дублировать GPS, такие как инерциальный эталонный блок, который опирается на кольцевой лазер или волоконно-оптические гироскопы.

Чтобы понять значение ADS-B, полезно немного узнать о том, что он заменяет. В самом простом, или первичном, радаре вращающийся передатчик посылает мощные радиоволны, которые отражаются от цели и возвращаются. Система отмечает, где в 360-градусном обзоре была зарегистрирована цель, что переводится в азимут цели. Время, которое требуется радиоволнам, чтобы достичь цели и вернуться, указывает расстояние от передатчика или его дальность. По этим двум координатам цель определяется в двухмерном пространстве.

Первичная система дополнена Вторичным обзорным радаром (SSR). При каждом развертке радара вместе с первичным передается второй высокочастотный сигнал. Когда самолет, оснащенный транспондером, получает этот сигнал, транспондер отправляет собственный сигнал, который регистрируется наземной станцией.

SSR использует этот обратный сигнал для определения местоположения самолета гораздо точнее, чем это может сделать только первичная система, и устраняет отражения радара от ложных источников, таких как птицы и местность. Ответы транспондера режима А включают четырехзначный идентификационный код, присвоенный наземным диспетчером по радио, который пилоты обновляют вручную во время полета. Транспондеры режима C также передают информацию о высоте, полученную от барометрического высотомера самолета.

Усовершенствованная технология радара наблюдения — режим S для выбора режима. Каждое воздушное судно, оборудованное режимом S, имеет уникальный постоянный идентификационный номер, который сохраняется в течение всего срока службы воздушного судна. Это позволяет компьютеру управления воздушным движением адаптировать свои запросы, адресовав только определенные цели.

Как только компьютер управления воздушным движением идентифицирует воздушное судно по его адресу, оно подвергается «перекличке». Последующие запросы передаются по расписанию. В результате для отслеживания цели Mode S требует гораздо меньше запросов, чем более ранние радары, что приводит к более точным сообщениям о местоположении.

Транспондеру режима S не нужно ждать, пока он не получит запрос с земли на отправку своего адреса. Он делает это постоянно, а незапрошенные сигналы или «сквиттеры» могут также включать в себя показания высотомера самолета, а также другую информацию о полете. Эта возможность позволяет использовать новые виды связи «воздух-воздух», такие как автоматические сигналы TCAS, система оповещения о дорожном движении и предотвращения столкновений, которые помогают предотвратить столкновения в воздухе

.

ADS-B идет дальше. Не реже одного раза в секунду дрон передает не только идентификатор и высоту, но и другие важные данные об отслеживании цели, азимуте и дальности — и все это без запроса с земли.

Он делает это с помощью «расширенного самогенерируемого сигнала», используя сигнал, который длиннее, чем большинство сигналов режима S. С помощью расширенного самогенерируемого сигнала воздушное судно может передавать данные о полете, такие как воздушная скорость, скорость набора высоты или снижения и магнитный курс. Другие самолеты и наземные станции в радиусе 150 миль получают информацию в своих кабинах или на пультах управления.

Воздушное судно, оборудованное ADS-B, имеет дисплей информации о дорожном движении в кабине пилота, показывающий пилоту вид соседнего воздушного движения, аналогичный тому, что видит диспетчер на земле. Другая информация передается с земли, включая положение ближайших самолетов, не оснащенных ADS-B, данные о погоде и другие обновления.

Установка ADS-B обычно требует изменения программного обеспечения системы управления полетом и создания новых проводных соединений между FMS и транспондером.

Вместо использования транспондеров с расширенным самогенерируемым сигналом, вещающих на частоте 1090 МГц, самолеты авиации общего назначения будут оснащены более простыми «приемопередатчиками универсального доступа», которые вещают на частоте 978 МГц.

Приемопередатчики также будут установлены на аэродромную наземную технику, т.к. ADS-B работает как на земле, так и в воздухе.

Разработка ADS-B продолжается, внедрение будет происходить поэтапно в течение следующего десятилетия и далее по мере постепенного вывода радаров из эксплуатации. Для старых самолетов стоимость преобразования в ADS-B будет непомерно высокой.

Тем временем самолеты, которые переоборудуют, будут оснащены гибридной технологией, способной работать как со старой системой, так и с новой.

«Если их допросят, они ответят на этот допрос, но они также спонтанно передают свою информацию», — говорит Винсент Капеццуто, руководитель программы ADS-B FAA.

Одной из проблем, стоящих перед FAA и ее партнерами по проекту, является безопасность. Новая система зависит от вещания «воздух-земля» и «воздух-воздух». В чистой среде ADS-B нарушитель, который отключит возможность вещания, может стать практически невидимым. Что необходимо, так это «какая-то резервная система наблюдения, которая найдет вас, даже если вы не хотите, чтобы вас нашли», — говорит Бэзил Баримо, вице-президент по эксплуатации и безопасности в Ассоциации воздушного транспорта. Это может потребовать сохранения по крайней мере некоторых первичных радаров.

Центральным звеном в разработке ADS-B и сопутствующих услуг является национальная система воздушного пространства, способная обслуживать большее количество самолетов.