Jak łatwo można sparaliżować polską kolej? Sprawdźmy!

Właśnie się wybudziłem ze snu zimowego... To co się adekwatnie stało?

W ostatnich dniach "ktoś" złośliwie doprowadzał do awaryjnego zatrzymywania pociągów w różnych miejscach Polski. Jak - o tym za chwilę. Istotne, iż nie dzieje się tak po raz pierwszy - wręcz przeciwnie, takie "zabawy" mają miejsce dość regularnie, już od dawna. Pisał o tym np. Niebezpiecznik w 2010 i 2011 roku, pomiędzy tymi artykułami kolejną falę opisał TVN24, dość duża fala takich incydentów miała miejsce też w 2021.

Tym razem ataki są o tyle zabawniejsze, iż poza samymi sygnałami radio-stop ktoś puszczał przez radio również... hymn Rosji i fragment przemówienia Putina.

Niestety z tego powodu (i pewnie z powodu trwającej w Ukrainie wojny) w sprawę włączają się politycy i próbują nakręcać sytuację - np.:

Agencja Bezpieczeństwa Wewnętrznego, we współpracy z innymi instytucjami - PKP, Policją i UKE oraz Służbą Ochrony Kolei, prowadzi działania mające na celu ustalenie przyczyn nieuprawnionego wykorzystania systemu łączności używanego do zarządzania ruchem kolejowym w PL. pic.twitter.com/k2RWWAr44g

— Stanisław Żaryn (@StZaryn) August 26, 2023

Dlaczego o tym piszemy?

Nie lubimy kłamstw i manipulacji. Uważamy, iż choćby najgorsza prawda jest lepsza od najlepszego kłamstwa. Niestety dyskusje w Internecie, nakręcane przez wypowiedzi polityków takie jak choćby powyższa, idą standardowo w kierunku "jak tego zabronić", tudzież "zrobienie tego wymaga wiedzy specjalistycznej". Dlatego też poczuliśmy się w obowiązku przedstawić, czym dokładnie są sygnały radio-stop, jak proste jest ich wysyłanie, oraz czy da się tego skutecznie zabronić.

A więc czym dokładnie jest ten cały radio-stop i po co w ogóle istnieje?

Funkcja radio-stop jest mechanizmem służącym do zdalnego, awaryjnego zatrzymywania pociągów, zanim nastąpi ich zderzenie, wykolejenie, albo inna katastrofa. Można w ten sposób zatrzymać każdy pociąg w Polsce, wystarczy nadać odpowiedni sygnał radiowy, który zostanie odebrany przez urządzenia elektroniczne w lokomotywie.

Pierwsza trudność polega na tym, iż na różnych trasach są używane różne częstotliwości radiowe: Używanych jest generalnie 7 kanałów "produkcyjnych" i 3 dodatkowe:

1. 150.100 MHz
2. 150.150 MHz
3. 150.225 MHz
4. 150.325 MHz
5. 150.375 MHz
6. 150.450 MHz
7. 150.575 MHz
8. 150.500 MHz
9. 150.200 MHz
10. 150.350 MHz (kanał do testowania urządzeń)

Więc aby cokolwiek skutecznie nadać, najpierw trzeba wiedzieć, jaki kanał obowiązuje na jakiej trasie:

No dobra, mamy częstotliwość i trasę. Ale co dokładnie trzeba nadać?

Na sygnał radio-stop składają się 3 tony akustyczne - kolejno 1160 Hz, 1400 Hz i 1670 Hz. Należy je nadawać kolejno po 0.1 sekundy, po czym zrobić 0.5 sekundy przerwy, aby włączyć hamulec bezpieczeństwa pociągu. Wówczas następuje łagodne hamowanie.

Można też ich sekwencję nadać 2-krotnie (bez przerwy 0.5 sekundy), aby wymusić hamowanie nagłe (dużo ciekawsze wrażenia dla pasażerów).

Zaraz, jak to? To takie rzeczy nie są tajne?

No nie są.

Więcej: nie tylko nie są tajne, ale wręcz są oficjalnie opisane - m.in.:

• w prawie europejskim - sekcja "The PKP Radio System"
• na stronach Urzędu Komunikacji Elektronicznej:

No dobra, a trudno w praktyce nadać taki sygnał? I czy potrzebny jest jakiś specjalistyczny sprzęt?

Nie, wręcz bardzo prosto. To zwykły analogowy sygnał, bez żadnego szyfrowania ani żadnych innych zabezpieczeń - w końcu to on kiedyś miał być zabezpieczeniem na wypadek nieprzewidzianych sytuacji i musiał być jak najprostszy, a przez to najbardziej niezawodny.

Można go więc nadać dzięki dowolnego nadajnika radiowego, który umożliwia nadawanie na dowolnie wybranej przez użytkownika częstotliwości. Przykładem takiego nadajnika są tanie krótkofalówki Baofeng - przy czym uwaga: niektóre ze sprzedawanych na Allegro Baofengów mają zablokowane częstotliwości służb. Natomiast tutaj można kupić model UV-5R w wersji bez blokad. Lub model o mocy zwiększonej do 8W (a więc o większym zasięgu, teoretycznie choćby do 7 kilometrów). A tak on wygląda:

Taka krótkofalówka może w terenie zwracać uwagę. Są jakieś inne możliwości?

Jak najbardziej, przy czym nie zapominajmy o kosztach: krótkofalówka Baofeng (lub podobna) to zdecydowanie najtańszy i najprostszy ze sposobów realizacji takiego ataku, choćby jeżeli musisz wymyślić, jak ją skutecznie zakamuflować albo zalegendować.

Jeśli jednak potrzebujesz pełniejszego kamuflażu, albo większej skalowalności, bo np. myślisz o wielu jednoczesnych akcjach rozproszonych po całej Polsce, to zdecydowanie lepszym wyborem będzie tzw. SDR, czyli Software Defined Radio. Czyli w gruncie rzeczy urządzenie... prawie identyczne do powyższego Baofenga, tyle iż zamknięte w innym typie obudowy i przystosowane do współpracy z komputerem (a więc bez własnej klawiatury, wyświetlacza i głośnika, bo całością steruje komputer).

Oczywiście ten "komputer" nie musi być pełnowymiarowym komputerem - a przynajmniej nie zawsze. Równie dobrze może to być Raspberry Pi albo inny tani komputer jednopłytkowy (tzw. SBC, Single Board Computer), albo po prostu laptop.

A można te Baofengi i inne SDR-y jakoś kontrolować? Może po prostu ich zabrońmy?

Przede wszystkim, już teraz używanie urządzeń nadawczych lub nadawczo-odbiorczych bez zezwolenia jest wykroczeniem i podlega karze grzywny do 1000 złotych i potencjalnie konfiskacie używanego sprzętu. Jest to kara tylko za nadawanie jako takie - jeżeli natomiast jest mowa o celowym paraliżu ruchu pociągów, to kara może być dużo wyższa, zwłaszcza gdy wejdzie w życie kolejne zaostrzenie Kodeksu karnego, przyjęte kilka dni temu przez Sejm.

Oczywiście są częstotliwości i urządzenia nadawcze, których można używać bez zezwolenia (np. pasmo 433 MHz używane przez piloty do samochodów i inną elektronikę domową), ale akurat pasmo 150 MHz używane przez PKP do nich nie należy.

Można również legalnie używać urządzeń nadawczo-odbiorczych, dopóki się niczego nie nadaje. I oczywiście można takie urządzenia bez ograniczeń kupować i posiadać.

A gdyby jednak zabronić takich urządzeń i skutecznie zdjąć je z rynku?

Różnego rodzaju sprzętu krótkofalarskiego jest w Polsce szacunkowo kilkaset tysięcy sztuk - w dużej części jest to sprzęt używany do komunikacji pomiędzy pracownikami na wsi i w innym terenie rozproszonym. Jego zakup i używanie nie wymaga też żadnej formy rejestracji.

Jeśli teoretycznie posiadanie takiego sprzętu zostanie nagle zabronione, oraz zaczną się jego konfiskaty, to przez cały czas w drugim obiegu będzie wystarczająca ilość urządzeń, aby nękać Polaków sygnałami radio-stop całymi latami. Więc to nie jest dobre rozwiązanie.

Załóżmy jednak, iż jestem kaczym zamordystą i odbiorę Polakom wszystkie Baofengi - co wtedy?

Wtedy warto wrócić do tego, iż radio-stop jest sygnałem analogowym, na stałej częstotliwości radiowej, modulowanym amplitudowo - więc samodzielne skonstruowanie prostego nadajnika byłoby bardzo proste. Zobaczmy, jak prosty jest schemat takiego urządzenia:

Co tu mamy:

• dosłownie 2 tranzystory (BF199 i BC546, za odpowiednio 80 i 50 groszy w detalu)
• 2 kawałki cewki - czyli dosłownie kilkanaście zwojów emaliowanego drutu, manualnie nawiniętego np. na ołówek
• kilka kondensatorów i rezystorów
• mikrofon elektretowy
• baterię 9V
• antenę, czyli około metr kabla

I to wszystko. Aby ułatwić sobie montaż, można dorzucić do tego bezstykową płytkę uniwersalną, np. taką:

Przy czym to dopiero pierwsza część - nadajnik radiowy. A co z generowaniem tonów? Jest kilka możliwości:

• nagrać je na jakieś urządzenie i potem przyłożyć głośnik do mikrofonu - ale wtedy potrzebne jest drugie urządzenie
• generować je od samego początku na komputerze - ale wtedy potrzebny jest ten komputer
• skonstruować prosty generator tonów samodzielnie

Paradoksalnie generator tonów audio (zwłaszcza kilku różnych) jest nieco bardziej skomplikowany od nadajnika radiowego małej mocy. Ale przez cały czas prosty:

Jako iż chcemy generować 3 różne tony i przełączać się między nimi w tempie zbyt szybkim dla człowieka, najprościej będzie to zautomatyzować dzięki niezwykle popularnego układu scalonego, jakim jest NE555 (albo po prostu 555 - był on produkowany pod różnymi oznaczeniami przez kilkanaście różnych firm, a jego różne wersje można znaleźć i wydłubać np. z dowolnego starego telewizora, centralki alarmowej czy wielu innych sprzętów).

Dla jasności: powyższy schemat jest wyłącznie poglądowy. Do generowania tonów dla radio-stop potrzebne będą przynajmniej 4 dodatkowe rezystory - niemniej jednak schemat ten pokazuje, jak prosta, wręcz prymitywna jest budowa takiego urządzenia. A stopień nasycenia Polski różną elektroniką ogólnego użytku, z której można wymontować wszystkie potrzebne elementy, jest tak duży, iż absolutnie nierealne jest uniemożliwienie samodzielnego montażu takich urządzeń.

Czy takie proste urządzenia mają jakieś ograniczenia? Co z zasięgiem i jakością sygnału?

Tak, zastosowane w nadajniku modele tranzystorów celowo mają bardzo małą moc, a zarazem zasięg, który w terenie otwartym powinien dochodzić do 35-40 metrów. Można pomyśleć o jego zwiększeniu, ale bardzo delikatnym (100 metrów jest raczej nierealne, nie wspominając o większych odległościach), bo inaczej przepali się tranzystory. Oczywiście można użyć całkiem innych modeli tranzystorów i zwiększyć zasięg choćby do kilku kilometrów, ale:

• większa moc to szybsze zużycie baterii - optymalnie skonstruowany nadajnik małej mocy będzie w stanie podziałać na jednej baterii choćby przez kilka tygodni, gdy akumulator krótkofalówki starczy na maksymalnie kilkanaście godzin pracy
• nadajnik radiowy to urządzenie wysokiej częstotliwości - a więc występują w nim trudne do wychwycenia zakłócenia, z jakimi nie mamy do czynienia w "klasycznej" elektronice. Więc aby uzyskać większy zasięg nadawania i jednocześnie zachować choćby minimalną jakość toru audio, nie wystarczy tak po prostu zwiększyć napięcia - konieczne jest dokładanie coraz to kolejnych elementów, które stabilizują działanie układu i dzięki temu wyrównują różne problemy. Czyli coś za coś: większy zasięg w zamian za dużo większą komplikację elektroniki - dla porównania oto schemat jednego ze starszych modeli Baofeng:

Z prostą konstrukcją wiążą się też inne ograniczenia:

• bardzo niska jakość audio emitowanego sygnału (tylko mono, szumy, wrażliwość na zakłócenia różnego typu itd.) - wystarczająca jednak do emisji sygnału radio-stop, zwłaszcza gdy sekwencję tonów emituje się w kółko
• stała częstotliwość (regulacja wymaga manualnego rozciągania zwojów cewki, co w warunkach terenowych może być mocno utrudnione)
• zastosowana płytka uniwersalna nie wymaga lutowania, co umożliwia bardzo szybkie prototypowanie i sprawdza się w warunkach laboratoryjnych, ale tak skonstruowany układ nie jest odporny na jakiekolwiek wstrząsy i upadki (w razie upadku po prostu się rozleci)
• istnieją różne klasy jakościowe podstawowych elementów elektronicznych takich, jak choćby rezystory - te najniższej klasy mają tolerancję aż 20%, czyli realne parametry konkretnego egzemplarza mogą się różnić od nominalnych choćby o 20% - w zastosowaniach praktycznych koryguje się to wstawiając do układu potencjometr (czyli rezystor o regulowanym oporze)

Czy to wszystko oznacza, iż nic nie da się zrobić?

Z obecnym systemem faktycznie kilka da się zrobić, bo po prostu nie ma on wbudowanych żadnych zabezpieczeń - dlatego sprawcy różnych "żartów" są znajdowani dopiero po fakcie, najczęściej na podstawie zapisów z różnych kamer, które udało się manualnie dopasować do czasu i miejsca odebrania sygnału radio-stop.

Natomiast skuteczne zabezpieczenie się przed takimi żartami (albo aktami rosyjskiej dywersji) wymaga przejścia na dużo nowszy system GSM-R (możesz o nim poczytać również pod nazwami ERTMS lub sieć TEN-T). Wdrożenie tego systemu zostało zaplanowane już kilkanaście lat temu - natomiast z wielu różnych powodów opóźnia się i cel aktualny na sierpień 2023 to wdrożenie GSM-R na... 42% całej polskiej sieci kolejowej do roku 2050.

Czyli póki co pozostaje nam się do tych żartów przyzwyczaić i liczyć na to, iż służby będą sprawnie wyłapywać żartownisiów.

Intencją autorów ani wydawcy treści prezentowanych w magazynie PAYLOAD nie jest namawianie bądź zachęcanie do łamania prawa. jeżeli popełniłeś lub masz zamiar popełnić przestępstwo, bądź masz wątpliwości, czy Twoje działania nie będą łamać prawa, powinieneś skonsultować się z najbliższą jednostką Policji lub Prokuratury, a jeżeli są one związane z pieniędzmi, dla pewności również z Urzędem Skarbowym.

Nie zezwala się na użycie treści prezentowanych w magazynie PAYLOAD, ani produktów dostępnych w sklepie PAYLOAD, do celów popełniania przestępstw lub przestępstw skarbowych.