1. FlatSatを買ったので、日本で安全に使うための予習ロードマップを整理してみた

衛星セキュリティ教材として使われている「FlatSat」を購入した。

まだ発送時期は分からないのだけれど、今後FlatSatを実際に触ったり、人に説明したりする機会が増えそうなので、必要になってから初めて触るのではなく、今のうちから少しずつ理解しておこうと思った。

そこで始めるのが、この「FlatSat実験ノート」。

FlatSatを実際に触りながら、

• 衛星通信

• CCSDS

• ファームウェア

• セキュリティ

• CTF的な攻撃演習

• SDR・無線

• 日本の技適や電波法

などを調べた記録を残していくつもりだ。

ただし、最初に一つ重要な方針を決めた。

今回は、この前提で「実機が届く前から何を勉強しておくか」を整理してみる。

そもそもFlatSatとは？

FlatSatは、ざっくり言えば机の上で動かせる模擬人工衛星だ。

RP2040を中心とした小さな基板にLoRa無線やセンサーなどを搭載しており、衛星通信で使われるCCSDS（Consultative Committee for Space Data Systems）のSpace Packet Protocolなども扱える。

さらにPwnSatの教材として、セキュリティ演習を行えるようになっている。

公開されている教材を見ると、

• APID Enumeration

• Eavesdropping

• Fuzzing

• Command Injection

• GPS Spoofing

• Authentication Spoofing

• Replay

• RESET Command

といった内容が用意されている。

単なる「LoRaを触る電子工作キット」というより、

衛星システムを題材に、通信・プロトコル・ファームウェア・セキュリティを横断して学ぶための実験環境

と考えるのが近そうだ。

でも、日本ではいきなりRFを使わない

FlatSatにはLoRa通信機能がある。

ここで気を付けなければならないのが、日本の電波法と技適だ。

海外でISMバンドとして使われている周波数であっても、

とは限らない。

周波数だけでなく、送信電力、帯域幅、送信制御、無線設備そのものの技術基準適合なども関係する。

そのため、FlatSatが到着しても、

とりあえずアンテナを付けて電源ON！

とはしないつもりだ。

アンテナを外しておけばいい、という考え方でもなく、可能ならファームウェア側からRF送信そのものを無効化しておきたい。

まず作りたい「RF Disabled」環境

実機が届く前に、FlatSatの公開ファームウェアを読んで、

• Radioの初期化

• Telemetryの無線送信

• LoRa TX

• 自動送信処理

などがどこで行われているか確認する。

そして可能なら、自分用に

Japan / RF Disabled Build

のようなファームウェアを作っておきたい。

イメージとしては、

USB CDC       : ON
Sensors       : ON
CCSDS / SPP   : ON

LoRa TX       : OFF
Auto RF TX    : OFF

という状態。

つまり、

ではなく、

ところから始める。

Phase 1：実機が届く前に技適を調べる

実機が届くまで何もしないのはもったいない。

むしろ今のうちに調べたいのが、日本でFlatSatのRF機能を合法的に使える可能性だ。

確認したい項目はかなりある。

• FlatSatのHardware Revision

• 搭載されている無線チップ／モジュール

• 使用周波数

• 最大送信電力

• 占有周波数帯幅

• LoRaの変調パラメータ

• アンテナ仕様

• キャリアセンス

• 送信時間制御

• 日本の920MHz帯の技術条件

• 技術基準適合証明を1台だけ取得できるか

• 技適未取得機器を用いた実験等の特例制度を利用できるか

など。

幸い、FlatSatはハードウェアやファームウェアの情報が公開されている。

実機がなくても、かなりの部分までは調べられそうだ。

技適調査用の資料もまとめておく

自分のPCに、こんなフォルダを作る予定。

FlatSat Japan Compliance/
│
├─ Hardware/
│   ├─ Schematic
│   ├─ BOM
│   └─ Hardware Revision
│
├─ Radio/
│   ├─ Radio Datasheet
│   ├─ Frequency
│   ├─ TX Power
│   ├─ Bandwidth
│   ├─ Modulation
│   └─ Antenna
│
├─ Firmware/
│   ├─ Radio configuration
│   ├─ TX control
│   └─ Firmware Version
│
└─ Certification/
    ├─ ARIB
    ├─ 技適
    ├─ 登録証明機関
    └─ 実験等の特例制度

最終的には、登録証明機関などに相談するときに、

「この無線機器はこういう仕様です」

と説明できるところまで整理したい。

もしFlatSatが届く前に技適取得などの見込みが立てば、その段階からRFを使った実験計画も考える。

逆に難しそうなら、無理にRFを使わない。

Phase 2：CCSDSを予習する

FlatSatで一番勉強しておきたいものの一つがCCSDS。

特にSpace Packet Protocol（SPP）。

ざっくりしたイメージは、

Ground Station
      │
      │ Telecommand
      ▼
   FlatSat
      │
      │ Telemetry
      ▼
Ground Station

というもの。

Space Packetには、

Packet ID
Sequence Control
Packet Length
Data Field

などが含まれる。

FlatSatではAPID（Application Process Identifier）によってコマンドなどの処理を振り分ける。

まずは、

と聞かれたときに、30秒くらいで説明できるようになることを最初の目標にする。

Phase 3：PC側の環境を準備する

FlatSatが届く前に、Windows側の準備もしておく。

今のところ、

• Git

• Python 3

• Arduino IDE 2.x

• VS Code

あたりを使う予定。

GitHubからFlatSatとPWNSAT-C3のリポジトリも取得して、

PwnSatLab/
├─ FlatSat/
└─ PWNSAT-C3/

という感じでまとめておく。

実機がなくても、攻撃スクリプトやファームウェアを読むことはできる。

届いてからGitHubを探し始めるより、先に構造を把握しておいた方が楽だろう。

Phase 4：実機が届いたら、まずRF OFF

FlatSatが届いたら最初に確認したいのは、

1. Hardware Revision

2. 搭載RF部品

3. アンテナ

4. Firmware Version

5. USB認識

6. Serial通信

7. センサー

8. Telemetry

など。

ただし、ここでもRF送信はしない。

まずは、

PC
 │
 │ USB
 ▼
FlatSat

という構成だけで動かす。

可能であればSDRなども使って、

意図しないRF送信が発生していないこと

まで確認してみたい。

Phase 5：最初は「正常系」を理解する

セキュリティ教材だからといって、いきなり攻撃するのは避ける。

まずは通常の利用者として、

• PING

• Telemetry

• RESET

• CCSDS Packet

• APID

• Sequence

などを確認する。

正常な状態を理解していなければ、異常な状態を見ても何がおかしいのか分からない。

これは普通のペネトレーションテストでも同じだと思う。

Phase 6：APID Enumeration

正常系が分かったら、最初に試してみたいのがAPID Enumeration。

例えば、

APID 0x00
APID 0x01
APID 0x02
APID 0x03
...

と調べていき、

• 応答する

• コマンドが実装されている

• 未実装

• 無反応

などを分類する。

これは、

仕様書を持っていない衛星をブラックボックスとして偵察する

ような演習になる。

FlatSatで最初にやるセキュリティ演習として、かなり面白そうだ。

もちろん最初はUSB経由で行う。

Phase 7：Command InjectionとReplay

次に試したいのがCommand Injection。

例えば、

SET_THRUSTER
RESET

などのTelecommandを作る。

ここで考えたいのは、

という問題。

その次はReplay。

正常なTelecommand
        ↓
       記録
        ↓
       再送
        ↓
   再び実行される

という流れを見る。

ネットワークセキュリティではおなじみの考え方だけれど、衛星を題材にするとかなり新鮮そうだ。

Phase 8：Fuzzing

その次はFuzzing。

CCSDS Packetの、

• APID

• Length

• Sequence

• Payload

などを意図的に変化させる。

Malformed Packet
       ↓
     Parser
       ↓
Unexpected Value
       ↓
Crash / Abnormal Behavior

という流れを確認する。

ここでは単に、

「落ちた！」

で終わらせない。

最終的にはソースコードを追って、

なぜその入力でクラッシュするのか

まで理解したい。

Phase 9：ファームウェアを読む

ある程度動作を理解したら、FlatSatのファームウェアを本格的に読む。

最終的には、

• CCSDS/SPPの仕様

• FlatSat Firmware

• Ground Station側

• Radio部分

を切り分けられるようになりたい。

何か動かなかったときに、

と考えられるところまで行ければ理想的。

Parallel Phase：RFを合法的に使える方法を探す

USBを中心とした学習とは別に、RFについては並行して調査する。

流れとしては、

FlatSatのRF仕様を確認
        ↓
日本の技術基準と比較
        ↓
不足情報を整理
        ↓
必要ならメーカーにも確認
        ↓
登録証明機関などへ相談
        ↓
合法的に送信できる方法を検討

という感じ。

そして、ここで分岐する。

RFを使える見込みが立った場合

技適取得など、合法的に送信できる条件が整ったら、

USB only
   ↓
RF基本動作
   ↓
LoRa Telemetry
   ↓
RF Command
   ↓
RF Attack

へ進みたい。

その段階で、

• SDR受信

• Uplink / Downlink

• RF版APID Enumeration

• RF Command Injection

• RF Replay

• Eavesdropping

などを試す。

RFを使うのが難しかった場合

無理に使わない。

FlatSatには、RFを使わなくても学べることがかなりある。

USB
CCSDS
Firmware
Attack Scripts
Protocol解析
SDRによる受信

などを中心に進めればいい。

つまりRFは、

FlatSat学習のスタート地点ではなく、条件が整った場合に追加するレイヤ

と考えることにした。

今の優先順位

現時点では、こんな感じ。

★★★★★ 技適・RF仕様調査
★★★★★ RF Disabled環境の構築
★★★★★ CCSDS / Space Packet Protocol
★★★★★ USB通信
★★★★★ APID Enumeration
★★★★★ Command Injection
★★★★☆ Replay
★★★★☆ Firmware解析
★★★☆☆ Fuzzing

------ RF利用可能確認後 ------

★★★☆☆ SDR / LoRa
★★★☆☆ RF Command
★★★☆☆ RF Attack
★★☆☆☆ HackRF
★★☆☆☆ GPS Spoofing

以前なら無線機器なのだから、まず電波を出して試したくなるところ。

今回は逆に、

「まず電波を出さない」ことを最初の技術課題

にしてみる。

FlatSatが届くまでにやっておきたいこと

当面の目標は、

1. CCSDS/SPPの基礎を理解する

2. FlatSatのGitHubを読む

3. RF送信部分を特定する

4. RF Disabled版の作り方を考える

5. FlatSatのRF仕様を整理する

6. 日本の技術基準と比較する

7. 技適取得などの可能性を調べる

ところまで。

実機が届いたら、

RF OFF
  ↓
USB接続
  ↓
正常系の確認
  ↓
CCSDS
  ↓
Attack
  ↓
Firmware解析

と進める。

その間に合法的なRF利用の見込みが立てば、

RF OFF
  ↓
条件確認
  ↓
RF ON
  ↓
無線実験

へ進む。

海外製セキュリティ教材を「日本で使う」ところまで含めて実験する

FlatSatを買った目的は、単にCTFの問題を解くことだけではない。

衛星セキュリティ、CCSDS、組み込み、LoRa、SDRなどを横断して理解していきたい。

そして今回は、それにもう一つ、

「海外製の無線セキュリティ教材を、日本で合法的かつ安全に使うにはどうすればいいのか」

というテーマも加わった。

実際に調べていけば、技適について勘違いしていたことや、想定していなかった問題も出てくるかもしれない。

その過程も含めて、この「FlatSat実験ノート」に残していく。

さて。

FlatSatが届くのが先か、技適についてある程度の結論が出るのが先か。

まずは、CCSDSとファームウェアを読むところから始めてみようと思う。

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