dlinyj

Сегодня многие ещё со школьной скамьи знают чему равен размер байта, и для нас это очевидно: 8 бит. Но думали ли вы, почему выбран такой размер? С чем это связанно?

Вы будете наверное сильно удивлены, но байт не всегда имел размер равный восьми битам! Раньше байт мог иметь размер от 4-х до 60-ти бит! Например, ЭВМ БЭСМ использовали 6-битные символы в 48-битных или 60-битных машинных словах.

Но почему именно 8 бит? Одна из причин — это двоичная система кодирования, так как наиболее удобными для обработки являются цифры, кратные степени двойки. Ну хорошо, скажите вы, почему тогда не 4, или 16, или 32? И будете правы.

Тут следует вспомнить ещё о том, что в 1963 году был принят Американский Стандартный Код для обмена информации (American Standard Code for Information Interchange) или сокращённо ASCII. Этот стандарт был разработан на основе телеграфного кода и его первое коммерческое использование было в качестве семибитного кода телетайпа, для отправки телеграфных сообщений. Первоначально основанный на английском алфавите, ASCII кодирует 128 заданных символов в семибитовые целые числа. Девяносто пять закодированных символов могут быть напечатаны: они включают цифры от 0 до 9, строчные буквы от a до z, прописные буквы от A до Z и символы пунктуации. Кроме того, исходная спецификация ASCII включала 33 непечатных управляющих кода, которые были созданы для телетайпов; большинство из них уже устарели, хотя некоторые из них до сих пор широко используется, например, возврат каретки, перевод строки и код табуляции.

Семибитная таблица ASCII из руководства к принтеру до 1972 г.

Тут пересекаются сразу две ветки, история телеграфа, которая повлияла на развитие компьютерной индустрии. Мы об этом поговорим в следующей главе и собственно говоря самое представление байта.

В 1960-х компания IBM, которая так же участвовала в стандартизации ASCII представила для своей линейки вычислительных машин System/360 восьмибитовый Extended Binary Coded Decimal Interchange Code (EBCDIC). Следует понимать что EBCDIC и ASCII отличаются. Распространнёность ЭВМ IBM System/360 привела к повсеместному внедрению восьмиразрядного байта.

Разработка восьмиразрядных микропроцессоров в 1970-х годах популяризировала этот размер памяти. Микропроцессоры, такие как Intel 8008, прямой предшественник 8080 и 8086, использовавшиеся в ранних персональных компьютерах, также могли выполнять небольшое количество операций с четырехбитными парами в байтах.

Вернёмся к стандарту ASCII, которым в той или иной мере мы пользуемся теперь каждый день, даже этот текст так или иначе включает в себя данный стандарт.

Американский стандартный код для обмена информацией (ASCII) был разработан под эгидой комитета Американской ассоциации стандартов (ASA), называемого комитетом X3, его подкомитетом X3.2 (позже X3L2), а позже — X3 этого подкомитета. 2.4 рабочая группа (сейчас INCITS ). ASA стал Институтом стандартов Соединенных Штатов Америки (USASI) и, в конечном итоге, Американским национальным институтом стандартов (ANSI).

Подкомитет X3.2 разработал ASCII на основе более ранних систем кодирования телетайпов. До того, как был разработан ASCII, используемые кодировки включали 26 символов букв, 10 цифр и от 11 до 25 специальных графических символов. Для того, чтобы кодировать все эти данные, а также управляющие символы, совместимые со Стандартами международного телеграфного алфавита (ITA2) от 1924 года, требовалось более 64 кодов для ASCII. ITA2, в свою очередь, основывались на 5-битном телеграфном коде, который Эмиль Бодо изобрел в 1870 году и запатентовал в 1874 году.

Вы ощущаете эту связь поколений, что так или иначе даже сегодня мы пользуемся наследием телеграфного кода, который был изобретён 150 лет назад?!

Комитет обсудил возможность использования функции сдвига (как в ITA2 ), которая позволила бы представить более 64 кодов шестибитным кодом. В сдвинутом коде некоторые коды символов определяют выбор между вариантами следующих кодов символов. Это позволяет компактное кодирование, но менее надежно для передачи данных, поскольку ошибка при передаче кода сдвига обычно делает нечитаемую длинную часть передачи. Комитет по стандартам отказался от перехода, и поэтому для ASCII требовался как минимум семибитный код.

Комитет рассмотрел восьмибитный код, поскольку восемь битов ( октетов ) позволят двум четырехбитным шаблонам эффективно кодировать две цифры с помощью двоичного десятичного числа. Однако при передаче всех данных потребуется восемь битов, когда достаточно семи. Комитет проголосовал за использование семибитного кода для минимизации затрат, связанных с передачей данных. Поскольку, в то время перфолента лента могла записывать восемь бит в одной позиции, при желании можно было использовать бит четности для проверки ошибок.

Современная 8-битная таблица ASCII.

Таким образом, сразу несколько факторов сошлось в пользу того, чтобы байт стал иметь размер именно 8 бит. Но, на мой взгляд, основная — это возможность кодировать и хранить текстовую информацию в минимальном одном байте и возможность хранить десятичные цифры в каждом полубайте.

Устройство терминала Linux

На своей домашней системе, вы открываете виртуальный терминал линукс, который вообще работает в окне, и имеет абсолютно виртуальное представление. Но он до сих пор совместим со старинными терминалами.

Можно открыть терминал и ввести stty, то можно обнаружить что данная программа имеет скорость подключения, как и СОМ-порт. И вообще имеет кучу настроек termios для СОM-порта.

Я уже достаточно подробно останавливался в своих статьях о работе СОМ-порта в статье "UART и с чем его едят" и там было сказанно следующее:

Протокол UART (Universal asynchronous receiver/transmitter) или, по-русски, УАПП (универсальный асинхронный приемопередатчик) — старейший и самый распространенный на сегодняшний день физический протокол передачи данных. Наиболее известен из семейства UART протокол RS-232 (в народе – COM-порт, тот самый который стоит у тебя в компе). Это, наверное, самый древний компьютерный интерфейс. Он дожил до наших дней и не потерял своей актуальности.
Надо сказать, что изначально интерфейс УАПП появился в США как средство для передачи телеграфных сообщений, и рабочих бит там было пять (как в азбуке Морзе). Для передачи использовались механические устройства. Потом появились компьютеры, и коды ASCII, которые потребовали семь бит. В начале 60-х на смену пришла всем известная 8-битная таблица ASCII, и тогда формат передачи стал занимать полноценный байт, плюс управляющие три бита.
В 1971 году, когда уже начался бум микросхем, Гордон Белл для компьютеров PDP фирмы Western Digital сделал микросхему UART WD1402A. Примерно в начале 80-х фирмой National Semiconductor был создан чип 8520. В 90-е был придуман буфер к интерфейсу, что позволило передавать данные на более высоких скоростях. Этот интерфейс, не претерпев практически никаких изменений, дошел и до наших дней.

Телетайп, который подключается по UART и может служить для ввода и вывода информации.

В результате ввод-вывод в линуксе — это фактические управление телетайпом. Даже самые современные стандарты терминала обратно совместимы с такого типа телетайпом. Более того, я вам уверенно скажу, что если этот телетайп подключить к современному компу и настроить вывод терминала на физический СОМ-порт, он без программных переделок будет работать (аппаратные понадобятся, так как там немного другие стандарты напряжений работы, но незначительные).

Выводы

У меня было желание привести намного большее количество примеров, отсылок в прошлое. Например о раскладках клавиатуры, что это ещё с лохматых времён печатных машинок, либо отсылки о форме современных мобильных телефонов. Однако статья и так превратилась в безумную простыню, а мысль мне всё же удалось изложить.

Раскладка QWERTY, изобретённая в 1888 году для печатных машинок используется до сих пор.

Мысль моей статьи достаточно простая: даже самые незначительные вещи, которые вы внедряете сегодня, могут оказать самое громадное влияние на наше будущее.

Эта статья была ранее опубликована мной на хабре.

Существует множество различных способов шпионажа. Наверняка каждый из вас слышал о прослушивании с помощью лазера, либо через батареи отопления, либо при помощи микрофонов вмонтированных в стены здания. И всё это окутано каким-то мистическим смыслом, хотя на самом деле это просто и доступно для понимания и повторения каждым. А главное, все собирается из подручных средств.

Когда-то, в лохматых годах, в одном популярном IT-издании писал подобную статью, но наверное толком не раскрыл сути как именно это работает и как применять такие устройства. Да и будем честны, тот вариант что я приводил в статье выглядел круто, но был не очень работоспособным.

“Шпионское” устройство того времени

В результате решил его изготовить сам, и продемонстрировать как это работает.

Важно!

Прежде, чем мы пойдем дальше, надо понимать, что изготовление шпионских устройств подпадает под статью:

* УК РФ Статья 138.1. Незаконный оборот специальных технических средств, предназначенных для негласного получения информации.
Равно использование данных устройств попадает под статьи:
* УК РФ Статья 137. Нарушение неприкосновенности частной жизни.
* УК РФ Статья 183. Незаконные получение и разглашение сведений, составляющих коммерческую, налоговую или банковскую тайну.

Таким образом, всё что представлено в статье лишь демонстрация возможностей, служит исключительно для ознакомления! Надо хорошо понимать, что повторение и использование методов описанных в данной статье может привести к вполне реальным срокам заключения.

За себя скажу, что ни коем образом не пытался ни за кем шпионить, так как считаю это, как минимум, не этичным. Игрался просто в комнате и на кухне, записывая сам себя. Не шалите, я предупредил!

Готовим железо

Устройство, которое мы будем делать, называется банально контактный микрофон. Оно никак не запрещено, инструкций по его изготовлению в интернетах море, но мало кто знает что его можно использовать для негласного получения информации. Для его изготовления нам понадобится: пьезодинамик на голосовые частоты (любой, работающий в диапазоне между 300 и 3400 Гц), согласующий резистор, немного проводов и может быть даже паяльник, но по началу я обходился даже без него. Всё было приобретено в известном бутике для радиолюбителей.

Таким образом, чтобы телефон определял наш контактный микрофон, надо на место динамиков впаять резисторы 30 Ом, а на место микрофона, параллельно пьезодинамику резистор 1,5 кОма. Почему так, расскажу чуть позже.

Я же для своих опытов выбрал старый кассетный магнитофон, который по воле случая откопал на антресолях. Наш контактный микрофон мы будем подключать вместо аудиоголовки одной из кассет. При всей несуразности этого решения, у него один громадный плюс: очень высокая чувствительность, ведь головка должна регистрировать еле заметные магнитные пульсации аудиокассеты. И мы получаем готовый усилитель.

Подопытный

Для записи аудио с большим трудом в центре Москвы удалось купить аудиокассету. Чистые кассеты стоят как чугунный мост, пришлось купить с записью.

Честно прослушал обе стороны этой кассеты, вытирая ностальгические слёзы с лица и кровь с ушей. В результате сделал вывод, что будущее поколение ничего не потеряет, если я её сотру.

Разбираю магнитофон, и внутри вижу как три головки (одна для записи), приходят на материнскую плату магнитофона. Головки для воспроизведения имеют три контакта: левый, правый и землю (обычно оплётка). Левый и правый канал объединяю, а землю точно так же бросаю на оплётку. Провода обязательно следует использовать экранированные, иначе будет очень сильный гул наводок (у нас же высокочувствительный усилитель).

Разъём подключения головки

Из подручных материалов изготавливаю разъём вместо штатной головки правого кассетника, устанавливаю её на место.

Теперь поговорим о датчике. Немного теории, уровня школьной физики. Магнитная головка, как можно догадаться из её названия — это катушка индуктивности очень малого сопротивления. Когда идёт протяжка ленты, в ней наводится очень малая ЭДС и попадает на усилитель. Фактически, магнитную головку можно представить как источник напряжения последовательно с сопротивлением. Пьезодинамик — это по сути конденсатор, с очень большим омическим сопротивлением (можно считать равным бесконечности), который является источником тока и даёт ток не зависимо от сопротивления. Кстати, поэтому, пьезоэлементы нашли применения в зажигалках: они дадут строго малый ток, не зависимо от сопротивления воздуха, тогда как напряжение может расти до громадных размеров. Я отвлёкся. Моя задача была сделать эквивалентную схему магнитной головки (читай ЭДС+сопротивление), из источника тока. Те, кто хорошо знают Теоретические Основы Электротехники, понимают о чём я. А те кто не понял, смотрите схему ниже.

Эквивалентная схема

Таким образом, достаточно припаять эквивалентное сопротивление параллельно с пьезодатчиком и дело в шляпе. В моём случае это было около 50 Ом. Но буду честен, я припаял первый попавшийся резистор в доме, но он работал.

Наш готовый контактный микрофон

Всё готово к злобным экспериментам!

Демонстрация работы!

Лучше один раз увидеть и услышать, как это работает, чем тысячу раз прочитать. Поэтому вот видео, а далее мы разберём как же всё это функционирует.

В принципе, в видео я разобрал основные принципы шпионажа. Все они основаны на том, что тела вибрируют из-за звуковых колебаний. Конечно, вибрация происходит на частоте собственных колебаний, но если математическим фильтром или аналоговым фильтром убрать её, нормализовать сигнал, то можно получить исходный голосовой сигнал. На этом принципе основан шпионаж с помощью коммуникаций или микрофонов вмурованных в стены, шпионаж по средство лазерного съёма колебаний стёкол, съёма колебаний осветительных ламп, и даже знаменитое шпионское устройство в посольстве США. Давайте подробнее разберём все эти методы.

Прослушивание по средством перехвата колебаний света лампы

Есть отличная статья (англ.) https://www.zdnet.com/article/lamphone-attack-lets-threat-ac... которая описывает принцип работы и демонстрирует видео подобного шпионажа.

Скриншот из видеодемонстрации

В своём видео, я уже описывал принцип работы. Можно использовать тот же самый микрофон, только заменить пьезодатчик с резистором, на фототранзистор или фоторезистор (может ещё дополнительное питание понадобится), либо просто солнечную батарею.

Возможно, я бы повторил данный эксперимент, но отсутствует оптика. Поэтому расскажу сугубо теоретически.

Плафон любой лампы имеет частоту собственных колебаний. Когда мы говорим рядом с ним, мы возбуждаем его колебания. Визуально нам их не видно, но с улицы вполне можно зафиксировать эти колебания с помощью телескопа, освещать им любой оптический датчик и цифровать. Можно было бы и камеру приладить, но она должна снимать не менее 22 000 кадров в секунду. Поэтому берем просто любой фотоэлемент. Потом эти данные мы оцифровываем. фильтруем, нормализуем удаляем шумы и получаем оригинал. Метод фильтрации подходит для всех остальных методов негласного получения информации. В любом случае, всем рекомендую ознакомится со статьей подробнее.

Шпионаж с помощью лазера и окна

Метод легендарен и стар. Но весьма прост, и доступен любому школьнику. Берём то же устройство, как в предыдущей главе. Только вместо телескопа у нас лазер.

Человек находится в помещении, разговаривает, а стекло в окне вторит его речи на частоте собственных колебаний. Облучаем стекло лазерным лучом, и обратно его принимаем. Далее алгоритм вы знаете. Проблема этого метода очевидна: не всегда есть место для корректного размещения источника лазера и приемника. Поэтому он не очень активно применяется и используется только там, где позволяет местность.

Метод прослушивания через коммуникации

Вообще без всяких технических средств, прислоните ухо к вашей батарее в будний день, когда орут дети у соседей, лают собаки и т.д. И окажется, что трубы, даже будучи вмурованные в стену, прекрасно передают звук.

Батарея начинает резонировать на частоте своих собственных колебаний, а металл прекрасно передаёт звуковые волны на очень дальние расстояния. Дальше главное хорошо закрепить датчик. Кстати, мой метод крепления с помощью магнита не самый лучший. Надо чтобы пьезодатчик имел прижим массой, так чтобы он хорошо деформировался от колебаний; и таким образом, чтобы площадь его контакта была максимальной. В моём случае он контачил небольшим участком как с лампой, так и с батареей. Думаю поэтому звук был не очень хороший.

Снятие колебаний предметов с помощью радиоволн

Может показаться, что это нечто из разряда фантастики. Но тем не менее, таким образом осуществлялся знаменитый шпионаж за посольством США, когда пионеры подарили послу герб и он его повесил в своём кабинете. А в данном гербе был жучок, который не имел никаких электронных устройств.

Знаменитый шпионский герб

На хабре уже была статья про данный жучок, но там очень скудно рассказано о принципах его действия. Устроен он весьма просто.

По сути, мембрана улавливает звуковые колебания и меняет геометрию антенны! В доме напротив, стоит передающие устройство, которое вещает на частоте 330 МГц. Просто, генерирует чистый синус. Принимающая антенна, облучается этим полем, меняет свои геометрические размеры и переизлучает модулированное эхо. Всё, остаётся только принять это. Данный принцип называется “высокочастотное навязывание”. Лучше всего принцип действия этого шпионского устройства можно посмотреть в указанном ниже видео.

Домашнее задание

Хотите почувствовать себя настоящим шпионом не вставая с дивана? Их есть у меня. Специально для вас записал речевое выступление, с закреплённым контактным датчиком на лампе.

Задача разгадать что же я там говорю. Стенограмму присылать не нужно, можно просто сказать произведение которое я зачитываю.

Вот файл: https://yadi.sk/d/PdBbWJfObzz56g

Мне кажется, любой звукорежисёр сможет сделать это легко. В самом начале, я специально щёлкаю по лампе (на скрине перегрузки вначале), для того, чтобы вы смогли определить частоты собственных колебаний лампы, а потом выделить мой голос. Удачи!

Как жить дальше?

Если у вас нет паранойи, то это не значит, что за вами не следят!

Что делать, чтобы за вами не следили? В серьёзных организациях, переговорные комнаты, для особо важных совещаний делаются магнитозащищёнными, а так же обкладываются звукопоглащающими материалами и не имеют окон. Однако про нас с вами можно сказать словами из анекдота про неуловимого Джо: да он просто нахрен никому не нужен. Мне кажется, не стоит думать, что за всеми нами следят. А если и следят, то есть более простые способы слежки, у вас у каждого в кармане такой чудесный жучок лежит, и все кому нужно всё о вас знают. Не переживайте, и спите спокойно.

Данный пост был опубликован мной на хабре https://habr.com/ru/company/ruvds/blog/513040/