UV-K5, 지금까지 가장 해킹 가능한 휴대용 햄 라디오

 (spectrum.ieee.org)
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  • Quansheng의 UV-K5는 USB 프로그래밍 케이블만으로 펌웨어 플래시를 다시 쓸 수 있어, 햄 라디오 커뮤니티의 대표적인 소프트웨어 개조 대상이 됨
  • Baofeng UV-5R는 펌웨어가 읽기 전용 메모리에 있었지만, UV-K5는 채널 설정에 쓰던 같은 케이블로 펌웨어 업데이트까지 가능해 접근성이 크게 달라짐
  • 개조는 대체로 공식 펌웨어 패치 방식이며, 64KB 플래시 중 남는 공간 3KB 미만, 48MHz 32비트 ARM 기반 프로세서, 8KB RAM이라는 제약 안에서 이뤄짐
  • 실제 개조 사례에는 그래픽 스펙트럼 분석기, K5 간 문자 메시지 교환, AM 수신 개선, 시스템 폰트 변경, 부팅 메시지 이미지 교체 등이 있음
  • Web Serial API 기반 웹 패처/플래셔로 브라우저 업로드가 쉬워졌지만, 불법 송신 제한 해제 같은 악용 가능성 때문에 아마추어 무선은 여전히 명예 시스템에 기대야 함

UV-K5가 주목받은 이유

  • Quansheng의 UV-K5는 2023년에 출시된 휴대용 햄 라디오로, 햄 라디오 애호가들이 소프트웨어 개선과 기능 추가를 시도하면서 관심을 끌었음
  • 여기서 K5는 원래 UV-K5와 새 K5(8) 모델을 함께 가리킴
  • 라디오 송수신기 자체는 Baofeng UV-5R처럼 “괜찮은” 수준이지만, 핵심 차이는 펌웨어 저장 방식에 있음

Baofeng UV-5R와 다른 설계 선택

  • Baofeng의 UV-5R는 2012년에 저가 VHF/UHF 휴대용 무전기 시장을 흔든 제품임
    • 당시 가장 저렴한 VHF/UHF 휴대용 무전기는 US$100을 조금 넘었고, UV-5R은 그 1/4~1/3 가격에 판매됨
    • 기술 성능에는 불만도 있었지만, 햄 사용자들은 차량이나 직장에 둘 용도로 여러 대를 구매함
  • UV-5R의 펌웨어는 읽기 전용 메모리에 있었고, UV-K5는 펌웨어를 플래시 메모리에 저장함
  • 사용자는 주파수 프리셋 채널을 설정할 때 쓰는 동일한 USB 프로그래밍 케이블로 UV-K5의 플래시 메모리를 다시 쓸 수 있음
  • 이 설계는 Quansheng 기본 제공 기능을 넘어서는 개조 가능성을 열었고, 다른 무전기 제조사가 개조 지원을 늘리면 VHF/UHF 대역 혁신으로 이어질 수 있음

펌웨어 개조 방식과 하드웨어 제약

  • Quansheng은 공식 펌웨어 릴리스를 업로드하는 무료 설치 도구를 제공함
  • 업데이트 가능한 라디오는 펌웨어와 하드웨어를 리버스 엔지니어링하고 직접 코드를 작성하려는 사용자들에게 강한 유인을 줌
  • 현재 개조는 공식 펌웨어를 완전히 다시 쓰기보다 패치하는 방식이 대부분임
  • 하드웨어 제약은 상당히 빡빡함
    • 공식 펌웨어가 64KB 플래시 메모리 대부분을 차지해 개조 코드는 3KB 미만 공간에 들어가야 함
    • CPU는 48MHz 32비트 ARM 기반 프로세서임
    • RAM은 8KB임
  • 이런 제약에도 실제 결과물은 인상적인 수준임

실제 개조 예시

  • 비교적 정교한 그래픽 스펙트럼 분석기를 설치하는 개조가 있음
    • 대역폭 조정 가능
    • 감지된 피크에 자동 튜닝하기 위한 임계값 설정 가능
    • 무시할 주파수 지정 가능
  • 다른 개조는 K5끼리 문자 메시지를 주고받을 수 있게 함
  • AM 신호 수신 능력을 개선해 항공 대역을 더 명확히 들을 수 있게 하는 개조도 있음
  • 가벼운 개조도 많음
    • 시스템 폰트 변경
    • 시작 메시지를 원하는 라인아트 이미지로 교체

웹 기반 패처와 설치 경험

  • whosmatt라는 개조자가 K5용 웹 기반 패처/플래셔를 만들었음
  • 사용자는 메뉴에서 여러 개조를 고를 수 있고, 도구는 선택한 개조를 공식 펌웨어와 결합해 업로드할 커스텀 이미지를 생성함
  • 조합은 전체 메모리 용량을 넘지 않는 범위에서만 가능함
  • Chrome, Edge, Opera에서는 Quansheng 설치 도구 없이 브라우저에서 직접 플래시 메모리를 업데이트할 수 있음
    • 내장 Web Serial API와 USB 프로그래밍 케이블을 사용함
    • 안내문은 Linux와 Windows만 지원한다고 했지만, Mac에서도 동작함
  • Web Serial API는 오류 처리가 더 개선될 여지가 있음
    • 불안정한 USB 프로그래밍 케이블을 썼을 때 Quansheng 설치 도구는 통신 오류를 표시하고 업로드를 중단함
    • Web Serial은 조용히 크래시했고 Windows 운영체제 전체를 함께 멈추게 함
  • whosmatt의 온라인 패처에 없는 K5 개조도 더 있으며, 직접 개조를 작성하려는 사용자를 위한 Python 기반 툴체인도 존재함

개방성의 위험과 아마추어 무선의 신뢰 구조

  • K5 송수신기를 자유롭게 개조할 수 있으면 악용 가능성도 생김
  • Quansheng 펌웨어는 불법적이고 위험한 간섭을 막기 위해 항공 대역 송신을 차단함
  • 이 차단은 패치로 제거할 수 있음
    • 다만 K5의 5W 신호만으로 큰 위협이 되려면 증폭기가 필요할 가능성이 높음
  • 햄 사용자들은 펌웨어 차단이 있든 없든 나쁘게 행동할 수 있는 능력을 원래 갖고 있음
  • 이런 차단은 실수에 의한 악용을 막는 데 편리하지만, 문제가 되는 신호가 송신기 위치를 삼각측량할 만큼 지속되지 않는 한 아마추어 무선은 명예 시스템에 의존해야 함
    • 이 원칙은 이웃 TV를 방해하지 않는 일이나 금지된 주파수에서 송신하지 않는 일에도 적용됨

라디오 내부 처리의 미래

  • 오늘날 흥미로운 햄 라디오 활용 사례 상당수는 디지털 처리와 관련됨
  • 이런 처리는 보통 송수신기에 연결된 컴퓨터에서 수행됨
  • 임베디드 컨트롤러가 더 강력해지면서, K5 개조 생태계는 더 많은 처리가 라디오 내부에서 일어나는 미래를 보여줌
  • 새 기능을 스마트폰 앱처럼 추가하는 형태가 가능해질 수 있으며, 제조사들이 이런 방향을 받아들이기를 기대함

함께 보면 좋은 글 β

GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 이 무전기용으로 사람들이 만들고 있는 커스텀 펌웨어가 정말 인상적임
    지금 쓰는 것은 egzumer가 만든 펌웨어인데, 스펙트럼 분석기까지 들어 있음
    다만 무전기 자체는 30달러짜리 수입품에서 예상할 만한 수준이고, 프런트엔드는 쉽게 과부하가 걸리며 송신 고조파도 FCC 허용치를 한참 벗어남
    그래도 아마추어 무선 입문용으로는 엄청난 가성비임

    • 실제로 시험해 봤는지 궁금함
      중국산 무전기 품질은 지난 몇 년 사이 꽤 좋아졌다고 보고, UV-K5 시험 결과도 FCC 한계 안에 들어오는 것으로 보임
      2m 대역은 충분히 여유 있고, 70cm 대역은 한계에 좀 더 가까운 정도임
      그 대역 밖에서 송신하면 훨씬 나빠지지만, 애초에 그 용도로 설계된 건 아님
      이런 무전기의 고조파 측정은 조심해야 함
      많은 사람이 SDR로 평가하려고 하는데, 그러면 SDR 프런트엔드가 거의 확실히 과부하되어 온갖 상호변조가 생기고, 이를 무전기 방사로 오해하기 쉬움
      ARRL이 QST에 시험 기사를 더 많이 실어줬으면 좋겠음
      온라인 시험 결과는 기기 편차도 있겠지만, 임의의 인터넷 사람들이 서로 다른 시험 구성으로 측정하니 결과가 들쭉날쭉한 면도 커 보임
    • FCC 허용치를 한참 벗어난다는 건 확인됨
      그런데도 2023년 초 발급된 FCC ID가 있음
      https://fcc.report/FCC-ID/XBPUV-K5

  • 결국 하나 샀음
    취미에 불을 붙이는 충동구매 한도 아래 가격이라서, 상자 안에 오래 방치되지 않기를 바람
    직접 뜯어보고 또 무엇을 할 수 있는지 보고 싶음
    이런 장치의 펌웨어를 더 많은 제조사가 열어줬으면 좋겠음
    공장 출하 기본 안전장치는 유지하되, 사용자가 만질 수 있게 해주면 좋겠음
    저렴하고 해킹 가능한 물건은 무선에 새로 관심을 갖게 하는 데 도움이 되고, WebSerial처럼 이미 익숙한 도구로 다룰 수 있으면 특히 좋음

    • 이 무전기도 제조사가 펌웨어를 공개한 건 아님
      요구사항이 바뀔 때 새 바이너리 블롭을 배포하려고 다시 플래시 가능하게 만든 것이고, 사람들이 기본 펌웨어를 역공학해서 새로 쓰기 시작한 것임
      실제 오픈 무전기라기보다는 Rockbox에 더 가까움
    • 나도 해킹 가능성 때문에 하나 주문했음
      이미 더 나은 무전기가 있어서 실제 송신은 아마 하지 않을 듯함
    • 안전장치에 너무 예민해하는 것 같음
      GPS, 항공 대역, 셀룰러를 방해하고 다니면 꽤 세게 혼나겠지만, 시끄럽게 굴지 않고 임의의 다른 실험을 하면 사실 아무도 신경 쓰지 않음
    • USB로 샘플링 속도를 어디까지 올릴 수 있는지 확인해 보면 좋겠음

  • AliExpress에서 무료배송으로 24캐나다달러에 팔리고 있음
    어떻게 이게 가능한지 이해가 안 감
    재료비가 더 들 것 같은데, 이런 경제성이 어떻게 나오는지 누가 설명해 주면 좋겠음

    • 기본적으로 내부에는 주요 칩이 두 개 있음
      하나는 RF 체인의 대부분을 처리하고, 다른 하나는 화면과 버튼 입력을 담당함
      대량 생산 기준으로 둘 다 개당 1달러 미만일 가능성이 큼
      나머지 부품 대부분은 개당 1센트도 안 하는 작은 수동소자이고, 필터링과 임피던스 정합용임
      개발비 측면에서는 부품 선정과 패키징에 실력이 필요하지만, 일반적으로 주 PCB는 전기전자 전공 졸업생 상당수가 설계할 수 있는 수준임
      자세히 보면 정교함은 해피밀 장난감보다 몇 단계 높은 정도인데, 품질 좋은 유연한 무전기를 아무도 만들지 않으니 결국 모두가 실험용으로 이걸 사게 됨
    • 미국 기업들에 길들여진 것임
      Apple 소비자 전자제품 가격, TI 마이크로컨트롤러 가격, Qualcomm/TI 무선 칩 가격, Intel FPGA 가격 같은 것들 말임
    • 무선 하드웨어는 사실 그렇게 비싸지 않음
      그 뒤의 기술은 매우 기본적이고 이미 100년 넘게 존재해 왔음
      심지어 케이블 몇 가닥과 증폭기만으로도 AM 라디오를 만들 수 있음 [1]
      물론 이런 새 무전기는 그것보다는 좀 더 복잡하지만, 기본 SoC도 요즘은 매우 저렴하고 규모의 경제가 붙으면 더 싸짐
      얼마 전까지만 해도 저전력 무전기는 어린이 장난감이기도 했음
      [1]: https://www.wikihow.com/Create-a-Simple-AM-Radio
    • 전자부품은 실제로 매우 쌈
    • 중국에서는 소매가가 90위안이고, 현재 환율로 12.5달러, 17.2캐나다달러 정도임
      가끔은 더 싸게 사는 사람도 있음

  • 사람들이 이걸 개조하기 훨씬 전 AliExpress에서 20캐나다달러에 하나 샀음
    스피커가 간헐적으로만 동작해서 케이스를 눌러야 소리가 나는데, 약한 납땜 접합 같은 게 있는 듯함
    판매자에게 연락했지만 끝없는 회피만 돌아왔음
    어쨌든 구매자 주의가 필요하고, 이런 물건이 미친 듯이 싼 데는 이유가 있음
    사실상 달러스토어 HT임

    • Amazon에서 10달러 더 주고 사면 바로 해결됨

  • 커뮤니티가 해내는 일은 놀랍지만, 이런 해킹 가능한 장치들이 왜 이렇게 저전력 칩만 쓰는지는 여전히 궁금함
    시장의 많은 물건이 사실상 특수 입출력을 붙인 컴퓨터인데, 대부분의 펌웨어와 마이크로컨트롤러가 나머지 하드웨어의 잠재력을 다 쓰지 못함
    몇 달러만 더 들이면 원한다면 기능 수백 개를 추가할 수 있을 텐데 싶음

  • 웹사이트와 설명서에 10개 그룹의 스크램블 음성 암호화가 언급되어 있음
    실제로 무엇을 하는지는 명시하지 않음
    이런 장치로 아주 좋은 암호화 통신 시스템을 만들려면 무엇이 필요할지 항상 궁금했음
    다만 이해하기로는 아마추어 무선에서 암호화 송신은 불법임

    • 아마추어 무선 대역에서 암호화를 쓰는 것은 불법이 맞음
      FCC에서 허가를 사면 상업용 대역에서 쓸 수 있고, ISM 대역의 일반적인 2.4GHz/5GHz는 대체로 자유롭게 쓸 수 있음
      현실적으로는 FCC가 전지전능하지 않고 자원도 한정돼 있어서 사람들이 남용해도 넘어가는 경우가 많을 것임
      개인이 FCC의 분노를 사려면 스스로 민폐가 되어야 함
      불법 휴대전화 방해기 같은 것을 쓰다 체포됐다는 얘기는 가끔 듣지만, 암호화를 쓰다 잡혔다는 건 기억나지 않음
      이런 것이 본격 단속되려면 값싼 드론이 RC 항공기에 가져온 변화 같은 분수령이 필요함
      매우 유능한 하드웨어가 취미를 모르는 사람들에게도 극도로 싸고 쉽게 접근 가능해지는 지점 말임
      RC 항공 커뮤니티는 진입 장벽이 높아서 참여하려면 커뮤니티와 접촉할 수밖에 없었고, 수십 년간 사실상 자율 규제가 됐음
      드론이 그걸 바꿨고 FAA가 개입해 규제해야 했음
      저렴한 중국산 무전기도 그 지점에 가까워지고 있다고 봄
      그래도 Baofeng조차 프로그래밍과 자기 학습이 필요함
      Flipper Zero 같은 장치가 훨씬 더 해로움
      기능은 제한적이어도 사용자가 무시하기 어려운 방식으로 민폐를 끼치기 매우 쉽게 만들기 때문임
      언젠가 Amazon에 모든 걸 대신 해주고 비취미인이 망칠 수 있게 하는 값싼 무전기가 올라오는 건 시간문제일 듯함
      HackRF만큼 가능하면서 iPhone만큼 쓰기 쉬운 물건을 상상해 보면, 그때는 문제가 생김
    • 이 프로젝트는 ESP32로 53비트 스크램블링을 추가하려고 함
      기술적으로 암호화는 아닐 수 있지만 경계가 흐림
      https://github.com/kamilsss655/ESPRI?tab=readme-ov-file

  • 이 장비의 핵심인 BK4819 데이터시트[1]를 찾아봤는데, 수신 쪽에 I/Q 출력이 있고 내부적으로 송신 쪽에도 I/Q 입력이 있을 가능성이 있어 보임
    그래서 SDR이고 FM에만 제한되지는 않는 듯함
    낮은 출력은 아마 가시거리 통신으로 제한하겠지만, 작업해 볼 만한 흥미로운 기반임
    [1] https://touchardinforeseau.servehttp.com/f4kmn/f4kmn/FRANCAI...

    • 누군가 이런 칩으로 컴퓨터 제어 SDR 무전기를 만들어주면 정말 좋겠음
      한쪽에는 USB-C 포트, 다른 쪽에는 안테나 커넥터가 있는 식임
      컴퓨터 무전기로 VHF/UHF 대역에서 할 수 있는 흥미로운 일이 많음
      좋은 예로 APRS 중계기나 패킷 데이터가 있음
      수신은 SDR로 할 수 있지만, 송신은 오디오를 쓰는 무전기가 필요해서 불안정함
      완전한 I/Q가 있으면 좋겠지만 FM 데이터만으로도 괜찮음
    • UHF/VHF는 거의 항상 가시거리 통신 아닌가?
      진짜 질문인데, 내가 어디서 틀렸는지 반대표 준 사람들이 설명해 주면 좋겠음
    • I/Q는 수신 쪽에만 있음
      송신 쪽은 FM 전용임

  • 글 상단에 링크된 제품 페이지가 음성 암호화를 기능으로 내세우는데, 미국 아마추어 무선 대역에서는 여전히 명백히 불법 아닌가?
    아니면 그냥 CTCSS/DCS를 가리키는 것임?

    • 실제로는 스크램블링을 뜻하고, 아마추어 무선 대역에서는 불법이 맞음
      CTCSS/DCS는 암호화나 스크램블링이 아니라 대역 내 신호 방식일 뿐임
      지원하지 않는 무전기라도 CTCSS/DCS는 들을 수 있음

  • 누군가 이 장치에 FT8을 포팅해 주기를 기대함
    지금은 FT8 송수신에 휴대폰이나 PC가 필요함

    • FT8은 의미가 없을 듯함
      FT8은 SSB를 쓰는데 이 장치는 SSB를 못 함
      FM에서 FT8을 하는 건 대역폭과 약신호 특성 모두 낭비임
      FT8은 보통 장거리 전파 전파가 있는 HF에서 하고, 아주 작은 신호를 골라내는 게 중요함
      VHF에서 FT8을 하는 사람들도 있지만 SSB 가능한 무전기를 씀
      이 무전기는 FT8을 처리할 연산 성능도 없을 가능성이 큼
      내 경우 Raspberry Pi 3도 버거웠음
      또 FT8의 큰 부분은 무엇을 보낼지, 누구에게 응답할지 고르는 것이어서 좋은 화면도 필요함
    • 그걸 돌릴 하드웨어가 있나?
      글에 따르면 CPU와 사용 가능한 플래시 메모리가 매우 제한적임
    • 나도 이걸 기대하고 있음
      디지털 모드용 하드웨어도 조금 만들기 시작했는데, 이게 더 저렴한 프런트엔드와 필터 투자처가 될 수도 있겠음

  • 사양표에서 아마추어 무선기에 들어가면 안 될 것 같은 스크램블러가 눈에 띄었음
    실제로는 암호화가 아닌 DTS/CTCSS 같은 것을 뜻하는지 모르겠지만, 사용자 설명서에는 encryption이라는 단어가 나오고 번역 문제일 수도 있음
    이 기능이 정확히 무엇인지, 실제 기기를 가진 사람이 더 명확히 알고 있는지 궁금함

    • 이것은 음성 반전[1]임
      개념적으로는 베이스밴드 신호의 스펙트럼을 서로 합의한 주파수, 즉 키를 기준으로 뒤집는 방식이고, 결과 음성은 알아듣기 어려워짐
      UV-K5는 단일 키 주파수만 선택할 수 있음
      더 영리한 방식은 롤링 코드나 주파수 도약 같은 것을 씀
      이는 이 무전기가 지원하는 CTCSS/DCS와 별개이고, 의미를 숨기는 방식도 아님
      아마추어 무선 주파수에서는 의미를 숨기면 안 되므로 불법이라는 점은 맞음
      FRS에서는 합법일 수도 있다고 생각하지만, 이 무전기는 FRS용 형식 인증을 받지 않았으므로 엄밀히 말하면 그것도 불법임
      다만 FRS 형식 인증을 크게 신경 쓰지 않는 사람도 많음
      결론적으로 이 무전기에서 완전히 합법적으로 쓸 용도는 없음
      [1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Voice_inversion
    • 원한다면 사람들이 암호화를 쓸 수 있어야 함
      어차피 규칙은 집행이 사실상 불가능하고, 실제 단점도 없음
      나도 아마추어 무선사지만, 많은 아마추어 무선사들은 기업들이 갑자기 아마추어 대역을 제멋대로 쓰게 될 거라고 생각해서 과민반응함
      현실적으로는 주기적으로 평문 식별을 하라는 기존 규칙을 집행하고, 그 뒤에는 원하는 것을 보내게 하면 됨
      이미 흔한 디지털 모드 상당수는 독점 보코더에 의존해서 상당한 노력 없이는 디코딩할 수 없으니, 암호화가 생긴다고 달라질 것도 별로 없음
      이제 화난 아마추어 무선사들이 등장할 차례임
    • 오역일 수도 있고 단순히 DTS/CTCSS를 가리킬 수도 있음
      CPU는 진짜 AES 암호화를 구현할 만큼 강력하지 않고, 데이터시트에도 하드웨어 암호 모듈은 언급되지 않음
      반전 스크램블러일 수도 있는데, 소프트웨어로 구현하기 어렵지 않고 기본 펌웨어에 없더라도 누군가 구현할 수 있음
      하지만 요즘 스크램블러의 효용은 제한적임
      남을 짜증나게 하는 데나 쓸 만하고, 무력화하기도 아주 쉬움
      중국산 아마추어 무전기에 문서화되지 않은 암호화 기능이 있는 것도 전례가 없지는 않음
      FCC는 사람들이 민폐를 끼쳐 주의를 끌 때만 신경 쓰는 것 같음
    • https://youtu.be/1dt6ykstvOo?si=itGvWonj4MPQaSrq&t=384
      기본적인 스크램블러라고 말함
      30달러짜리 무전기에 실시간 정식 암호화를 할 만큼 강력한 칩이 들어 있다고는 생각하기 어려움
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