藍盒子

藍盒子是一種電子裝置，用於產生用於生成北美長途電話網路內曾經使用的帶內訊號音調，以傳送線路狀態和被呼叫號碼資訊的音調。這允許非法使用者，通常被稱為“藍盒子發燒友”，撥打長途電話，而無需使用網路的使用者裝置，這些電話費將被計入另一個號碼或完全被視為未完成的呼叫。還有一些類似的“彩盒子”用於控制電話網路的其他方面。藍盒子最早於1960年代開發，並由一小部分發燒友社群使用。隨著20世紀70年代早期低成本微電子技術的引入，這些裝置大大簡化，以至於任何具備基本焊接或麵包板構造技能的人都可以製造它們。不久之後，質量相對較低的型號開始提供全套裝配，但通常需要使用者進行除錯以保持正常執行。長途網路逐漸數字化，用帶外信令方法（out-of-band signaling)取代了音訊呼叫控制音調，這種信令以數字形式傳輸，放置在對電話使用者不可訪問的獨立通道上。基於音訊音調的藍盒子在20世紀80年代已經用途有限，今天已經幾乎不再使用。藍盒子的歷史.本地通話在20世紀上半葉已逐漸實現自動化，但長途通話仍然需要操作員干預。AT&amp;T認為自動化對其至關重要。到了1940年代，他們開發了一個系統，利用可聽到的音調在長途線路上傳輸以控制網路連線。音調對，稱為多頻，則用作線路狀態訊號。這個新系統允許電話網路透過根據需要部署撥號器和音調發生器來實現自動化，從較繁忙的交換開始。貝爾實驗室很樂意宣傳他們成功建立這個系統，並多次披露其內部工作原理的細節。在1950年2月的《Popular Electronics》雜誌上，他們釋出了一則廣告，標題為“為電話號碼演奏樂曲”，其中展示了數字的音樂音符，並將電話操作員的按鈕描述為“音樂鍵盤”。為了播放每個數字的音調，需要同時按下鋼琴上的兩個鍵。插圖沒有包括用於特殊控制訊號KP和ST的音調對，儘管在圖片中操作員的手指放在KP鍵上，ST鍵也是可見的。在1950年代，AT&amp;T釋出了一部公關電影《Speeding Speech》，描述了該系統的操作。在電影中，技術人員按下撥號鍵時，可以聽到傳送完整電話號碼的音調序列透過揚聲器傳出。1954年11月，《貝爾系統技術雜誌》發表了一篇名為“帶內單頻信令”的文章，描述了用於啟動和結束電話呼叫以進行幹線路由的信令方案。 1960年11月，《貝爾系統技術雜誌》的一篇文章提供了信令系統的技術細節概述，並披露了訊號的頻率。對於20世紀50年代的技術來說，該系統相對複雜。它必須準確解碼頻率，並忽略可能意外產生該頻率的任何訊號；在背景中播放的音樂可能隨機包含SF音調，系統必須濾除這些訊號。為此，信令單元將2600赫茲為中心的帶通濾波器的訊號功率與音訊頻帶的其他部分的訊號功率進行比較，只有當該音調是最突出的訊號時才觸發。通話的發起端在通話結束時會將音調播放到幹線上，並觸發遠端端結束通話。一段時間後，發起端降低音調級別，並在從本地裝置接收到掛機狀態的情況下繼續傳送音調。在技術細節被公開發布之前，許多使用者無意中發現，並感到惱火，即將2600赫茲音調播放到呼叫者的話筒中會導致長途電話斷開連線。如果呼叫者在等待被呼叫方回應時吹口哨，可能會出現2600赫茲音調。在檢測到來自呼叫者端的音調後，接收信令單元會向連線的裝置傳送掛機狀態，從那時起斷開了呼叫，就好像呼叫者已結束通話電話一樣。發現和早期使用.最早發現這種效果的人之一是喬·英格雷西亞，也被稱為Joybubbles，他在7歲時偶然發現了這一效果，當時他在等待被呼叫方回應時吹口哨。他對電話網路產生了濃厚興趣，接下來的十年裡積累了相當多關於系統以及如何使用控制音調撥打電話的知識。他和其他電話發燒友，如“紐約的比爾”和“故障”，訓練自己吹響2600赫茲音調以重置幹線。他們還學會了透過閃爍來路由電話呼叫，即使用非常短的掛機訊號脈衝來發送路由指令。在20世紀60年代的某個時刻，卡普恩·克倫奇早餐麥片的包裝中包含了一個免費贈品：一個小哨子，巧合的是，當哨子的兩個孔之一被遮住時，它會產生2600赫茲音調。[7]電話發燒者約翰·德雷珀就是從這個哨子採用了他的綽號“Captain Crunch”。“免費電話”的800服務於1967年推出，為駭客提供了方便的號碼撥打。使用者通常會選擇目標地區的一個號碼，然後像上面描述的那樣使用它。即使產生了計費資訊，也會以一個1-800號碼作為計費號碼，因此是免費的。與以前一樣，遠端系統會注意到呼叫正在轉向最終的非免費號碼，但無法匹配對方。技術.當這個系統首次部署時，技術上可以使用當時可用的技術來生成這些音調。鋼琴或電子風琴的鍵在頻率上足夠接近以工作。透過調音，它們甚至可以調至完全準確的頻率。為了撥打電話號碼，使用者需要同時按下兩個鍵。經驗豐富的鋼琴家可能會覺得鍵盤組合不太容易演奏。但可以製作一個白卷播放器鋼琴卷軸來操作所需的鍵並撥打電話號碼。另一種策略是購買門鈴，取下撞杆，並將它們安裝在可以放在鋼琴鍵盤上的框架上。標有KP、ST和10個數字的12個DPDT按鈕將操作撞杆的配對，以播放電話公司的音調，之前必須按下並釋放E7鋼琴鍵。當時有用於在導線或空白留聲機唱片上錄音的消費者裝置，因此鋼琴不必靠近電話。消費者磁帶錄音機稍後問世，使錄音過程更加容易。小型電池供電的磁帶錄音機可以在幾乎任何地方播放這些音調。在1940年代，使用真空管技術可以製造電子藍盒，但該裝置可能會相對較大且耗電量較大。正如對收音機做的一樣，將其從烤麵包機大小縮小到香菸盒大小並允許它們由小型電池供電，電晶體技術使小型電池供電的電子藍盒成為可能。AT&amp;T的安全團隊在大約1962年首次搞到了一臺藍盒，但這可能不是第一臺製造的藍盒。典型的藍盒有13個按鈕。一個按鈕用於2600赫茲音調，按下並釋放以斷開外呼連線，然後連線一個數字接收器。接下來是一個KP按鈕，10個用於電話號碼的數字按鈕，以及最後按下的ST按鈕。藍盒可能有7個振盪器，6個用於2選6數字程式碼，一個用於2600赫茲音調，或者2個具有可切換頻率的振盪器。藍盒被認為是一種複雜的電子裝置，在黑市上以典型的800美元至1,000美元或多達3,500美元的價格出售。實際上，許多電子學生和具備所需音調知識的工程師都有能力設計和製造這種裝置，使用已釋出的電子振盪器、放大器和開關矩陣的設計，並使用很容易購買到部件組裝。此外，可以使用消費者產品或實驗室測試裝置生成所需的音調。這些音調可以記錄在小型電池供電的卡帶錄音機上，以在任何地方播放。為了減少呼叫建立時間，電話號碼以“速撥”格式從一臺機器傳輸到另一臺機器，大約需要1.5秒來撥打一個包括KP和ST在內的10位數字號碼。為了抓住作弊者，AT&amp;T可以連線監視器到未用於操作員撥號呼叫的數字接收器，並記錄以手動速度撥打的呼叫。因此，一些駭客額外麻煩地製造了藍盒，可以儲存電話號碼，並以與機器相同的時間播放音調。亞文化.藍盒子的廣泛使用，曾經僅限於一些孤立的個體探索電話網路，逐漸演變成了一個亞文化。著名的電話發燒友，如“Captain Crunch”、Mark Bernay和Al Bernay，使用藍盒子來探索各種標準電話無法撥號的“隱藏程式碼”。一些更有名的惡作劇者包括蘋果電腦的創始人史蒂夫·沃茲尼亞克和史蒂夫·喬布斯。有一次，沃茲尼亞克撥打了梵蒂岡城，並假裝是亨利·基辛格。沃茲尼亞克在1986年說道：我只是打電話來探索電話公司作為一個系統，學習其中的程式碼和技巧。我與倫敦的接線員交談，並說服她我是紐約的接線員。當我給我的父母和朋友打電話時，我付費。六個月後，我退出了，因為我已經做了我能做的一切。我當時非常純粹。現在我意識到其他人並不那麼純粹，他們只是想賺錢。但當時我認為我們都是純粹的。喬布斯後來告訴他的傳記作者，“如果不是因為沃茲尼亞克的藍盒子，就不會有蘋果公司了”。媒體報道.藍盒子成為主流媒體的關注焦點，當時羅恩·羅森鮑姆發表了一篇題為《小藍盒子的秘密》（Secret of the little blue box)的文章，刊登在1971年10月的《Esquire》雜誌上。突然之間，更多人想加入由藍盒子催生的電話發燒文化，這進一步提高了“Captain Crunch”的名氣。20世紀70年代中期，兩本主要的業餘無線電雜誌《'73》和《CQ》發表了有關電話系統的文章。《CQ》雜誌在1974年發表了有關電話發燒，包括音調頻率和幾個可工作的藍盒子電路圖的詳細資訊。1975年6月號的《73》雜誌刊載了一篇文章，描述了長途信令網路的基本原理，以及如何構建和操作紅盒子和藍盒子。大約在同一時期，藍盒子的DIY（do-it-yourself)套件開始被廣泛銷售。1988年11月，CCITT釋出了建議Q.140，用於信令系統No. 5，這導致了新一代使用者的藍盒子再度興起。在20世紀90年代初，藍盒子在國際盜版軟體界變得流行，尤其是在歐洲。製作了軟體，可以使用計算機生成和播放信令音調進行藍盒子操作。對於PC，有BlueBEEP、TLO等軟體，也有適用於其他平臺的藍盒子。如何使用藍盒子.自動撥號.本地的普通電話服務透過監視電話公司交換所與客戶電話之間的電話線上的電壓來工作。當電話處於掛機狀態時，來自交換所的約48伏電流流向電話，然後透過不經過電話聽筒的迴路返回。當用戶拿起聽筒時，電流必須流過聽筒中的揚聲器和麥克風，導致電壓下降到10伏以下。電壓突然下降表示使用者已拿起電話。最初，所有電話呼叫都是由操作員手動路由的，操作員會尋找小的燈泡，當用戶拿起電話撥號時，這些燈泡會亮起。操作員會連線一個聽筒到電話線上，詢問使用者要撥打的號碼，然後在兩個電話插孔之間連線一根電纜以完成呼叫。如果使用者要撥打長途電話，當地的操作員會首先與遠端交換所的操作員透過兩個地點之間的幹線之一通話。噹噹地操作員聽到遠端使用者接通電話時，他們會將他們的當地使用者連線到相同的幹線上以完成呼叫。電話系統的呼叫過程從早期就開始自動化。越來越複雜的電機電機系統將電壓的變化用於啟動連線過程。旋轉撥號盤在約1904年引入，用於操作這些開關；撥號盤會快速連線和斷開線路，這個過程稱為脈衝撥號。在通常的系統中，電壓的這些週期性變化會導致步進電機在每個數字的脈衝中旋轉一個位置，較長的暫停時間用於從一個旋轉開關切換到另一個。當足夠多的數字被解碼時，通常在北美是七個數字，旋轉開關之間的連線將選擇一條線路，撥打電話的客戶。使用變化的電壓來完成呼叫的想法在本地交換所中運作良好，因為客戶與交換所之間的距離可能在幾公里的範圍內。在較長的距離上，線路的電容會過濾掉電壓的快速變化，撥號脈衝不會以清晰的形式傳達到遠端辦公室，因此長途呼叫仍然需要操作員干預。隨著電話使用的增長，尤其是長途通話，電話公司越來越有興趣自動化這種型別的連線。長途電話直接撥號【18】.為了解決這個需求，貝爾系統在連線交換所的電路上採用了第二個系統。當用戶撥打一個長途號碼時，在北美，通常在號碼的開頭撥打"1"，通話會被切換到一個稱為"tandem"的獨立系統。然後，"tandem"會緩衝剩餘的數字並解碼號碼，以檢視撥打的是哪個遠端交換所，通常使用區號來進行此操作。然後，它們會在兩個交換所之間尋找可用的幹線；如果沒有可用的幹線，"tandem"會播放"快速忙音"重新排序訊號，告訴使用者稍後再試一次。尋找空閒線路的基本協議是線上路不被使用時，播放2600赫茲的音調。給定幹線的兩端都會這樣做。當"tandem"確定了被撥打的遠端交換所後，它會掃描兩個交換所之間的幹線，尋找這個音調。當它在其中一條線上聽到音調時，它知道那條線是可用的。然後，它們會選擇該線路並從其端刪除2600赫茲的音調。遠端"tandem"會聽到音調停止，取消他們的音調，然後播放監控閃爍，發出"咔-吱"的聲音，表示他們已經注意到了訊號。現在，這條線路在兩端都是空閒的，可以連線呼叫。脈衝撥號仍然存在一個問題，即由於網路的電容而無法將撥號號碼傳送到遠端交換所。"tandem"透過緩衝電話號碼，然後將每個數字轉換為兩個音調的系列，即多頻信令系統，或"MF"，來解決了這個問題。一旦當地的"tandem"找到了空閒線路並連線到它，它會使用音調撥號方法將電話號碼的其餘部分傳輸到線路上。然後，遠端"tandem"會解碼這些音調，並將它們轉換回當地交換所的脈衝。為了表示一系列的MF數字的開始和結束，使用了特殊的MF音調，即KP和ST。當通話結束並且其中一方結束通話電話時，他們的交換所會注意到電壓的變化，並開始在幹線上播放2600赫茲的音調。連線的另一端會透過使其本地呼叫結束通話，以響應音調，然後像以前一樣開始在本地播放音調，以標記線路在兩端都空閒。藍盒子的組成及原理【18】.藍盒子由多個音訊振盪器、電話鍵盤、音訊放大器和揚聲器組成。要操作藍盒子，使用者通常會撥打一個長途電話，通常是撥打目標地區的號碼。通常，這個初始呼叫會撥打一個1-800號碼或其他不受監管的電話號碼，如電話號碼查詢。使用免費電話號碼可以確保用於接入的電話不會被計費。當呼叫開始響鈴時，呼叫者會將藍盒子揚聲器放在電話聽筒的麥克風上，並使用藍盒子傳送2600赫茲的音調。被叫交換所會將這個音調解釋為呼叫者在呼叫完成之前結束通話呼叫，然後斷開呼叫，並開始播放2600赫茲的音調以標記線路為空閒。但是，這並不會在呼叫者的埠斷開呼叫，只有物理結束通話電話才能做到。這會使呼叫者保持在一個透過長途幹線連線到目標交換所的實時線路上。現在，呼叫者停止播放音調。被叫交換所將音調的失去解釋為交換所的中繼正在嘗試建立另一個呼叫。它會回應並且播放快閃，表示它已經準備好接受路由音調。一旦被叫端傳送了監控閃爍，呼叫者使用藍盒子傳送一個"Key Pulse"或"KP"，這是啟動路由數字序列的音調，然後是電話號碼或電話公司內部使用的眾多特殊程式碼之一，最後是一個"Start"音調，"ST"。在這一點上，連線的被叫端會根據指示來路由呼叫，而呼叫者的本地交換所會表現得好像呼叫仍在原始號碼上響鈴一樣。應對措施.藍盒子在直到20世紀70年代初才變得較為罕見，當時所需的系統開始降低成本，這一概念也開始變得更加廣為人知。當時，電話駭客認為貝爾電話無法阻止藍盒子，因為這將需要貝爾升級所有的硬體裝置。在短期內，貝爾採取了一系列藍盒子檢測和執法對策。擁有所有長途通話記錄的電話記錄，這些記錄由機械交換系統和更新的電子交換系統保留，包括撥打免費電話號碼的通話，這些號碼不會出現在客戶賬單上，電話安全員開始檢查這些記錄，尋找可疑的活動模式。例如，當時，撥打長途資訊的電話雖然被接聽，但故意不返回電氣上的"摘機"訊號，表明它們已經被接聽。當資訊呼叫被轉接到另一個號碼並被接聽時，計費裝置會記錄該事件。計費計算機會處理這些記錄，並生成撥打資訊的列表，這些資訊已經用摘機音應答。在早期，這些列表可能旨在檢測裝置故障，但後續的調查確實揭示了藍盒子的使用者。在"800"號碼的免費電話服務啟動後，計費計算機還程式設計生成了撥打免費號碼的長時間通話列表。儘管其中許多通話是合法的，但電話安全員會檢查這些列表並跟進不規則情況。在這種情況下，可以在這些線路上安裝過濾器以阻止藍盒子的使用。貝爾還會監聽受影響的線路。在1975年的一個案例中，太平洋電話公司使用了以下裝置來監控被告的線路：這些行動導致了幾起備受關注的審判。應對措施.藍盒子漏洞的最終解決方案是完成了電話網路的升級，這是電話駭客們認為不可能的事情。這個過程分階段進行，其中一些在20世紀70年代初已經在進行中。T1系統的開發始於1957年，並從大約1962年開始部署。它將語音訊號數字化，以便它們可以更高效地在交換之間的高密度連線中傳輸，每個4線連線可攜帶24條線路。根據網路佈局，使用者可能不再直接連線到中繼，而是連線到一個本地辦公室，該辦公室透過T1將訊號轉發到距離更遠的交換所，該交換所具有中繼。僅僅因為系統的工作方式，必須濾除監控訊號，以便模擬訊號的數字化工作。請注意，2600赫茲音調在幹線上不會被丟棄，直到線路完全連線，它才會與其他音調混合在一起，如響鈴音或佔線訊號；當它在T1上使用時，這個音調與其他訊號混合在一起，引起了一種稱為"量化噪聲"的問題，扭曲了聲音。因此，這些音調在T1連線的兩側都被濾掉。因此，在這種環境下藍盒子使用起來是困難的，儘管已知存在成功的嘗試。但是藍盒子最終被完全消除，原因與此無關。在現有的基於中繼的網路中，完成呼叫需要透過幹線進行通訊的多個階段，即使遠端使用者從未接聽呼叫。由於這個過程可能需要大約10到15秒，所有幹線上的總浪費時間可以用來進行額外的通話。為了提高線路利用率，貝爾開始開發Number One Electronic Switching System (1ESS)。這個系統使用兩個辦公室之間的單獨專用線執行所有呼叫和線路監控。使用這個系統，當撥打長途電話時，幹線最初不會被使用。相反，本地辦公室會使用這個單獨的通道將被叫號碼傳送給遠端交換所。遠端辦公室然後會嘗試完成呼叫，並使用相同的專用線向原始辦公室指示這一點。只有在遠端使用者接聽呼叫時，系統才會嘗試找到一個空閒的幹線並連線，從而將對幹線的使用減到最低。這一改變還意味著信令系統在網路內部透過這條獨立線路可用。使用者線路與這個信令線路之間沒有連線，因此使用者無法影響撥號。與藍盒子時代相比，造價迅速降低的同時使得1ESS系統的成本也大幅降低。首先應用於最繁忙的連線，到了20世紀80年代，最新的4ESS型號和其他公司的類似機器被部署到幾乎所有主要交換所，只有網路的一小部分仍然使用中繼連線。如果連線到這樣的交換所，藍盒子仍然可以使用，但只有在兩個端點之間的整個網路完全由中繼組成的情況下才能使用，這種情況在20世紀80年代末變得越來越少見。直到至少20世紀70年代，模擬長途傳輸系統在長途線路上仍然更具成本效益。即使在那時，仍然存在大量的模擬線路，繼續使用它們在經濟上更具合理性。直到競爭對手Sprint建立了其全部數字化的、"寂靜的"網路，"你可以真正聽到掉下的針聲音"，AT&amp;T才承受數十億美元的損失，並將其長途網路升級為數字技術。在藍盒子時代崛起的電話駭客社群已經發展成為其他領域，目前還存在一本名為"2600"的商業出版的駭客雜誌，這是對曾經在電話駭客活動中非常重要的2600赫茲音調的一種引用。頻率和時序、.觸控音編碼使用了一組六個頻率，每個多頻音調由從這個集合中選擇的兩個頻率組成。右側表格顯示了這些頻率和時序的資訊：最右側的一列在消費者電話上不可見。通常情況下，以“速撥”格式將數字從一臺機器傳遞到另一臺機器的音調持續時間為60毫秒，數字之間間隔60毫秒的靜默。 'KP'和'KP2'音調持續時間為100毫秒。KP2用於撥打貝爾系統內部的電話號碼。然而，實際的音調持續時間可能會因位置、交換機型別和機器狀態的不同而略有變化。對於操作員、技術人員和藍盒電話破解者來說，音調的持續時間將由按鈕按下的時間以及在手動按下下一個按鈕之前的靜默時間決定。可以構建一個藍盒，該藍盒將以機器到機器的時間間隔傳送音調，數字要麼儲存在數字儲存器中，要麼儲存在開關矩陣中。在開關矩陣中，可能有10行用於數字，每行有5個開關。兩個開關將被開啟，選擇2個音調。這5個開關可以標記為0、1、2、4和7，使用者選擇一對開關來組成每個數字，特殊情況下為4加7表示數字0。或者，音調可以記錄在磁帶上，然後將其切成片段並拼接在一起，使用商用拼接機進行準確對齊。如果破解者匹配了機器撥號並以每秒7.5英寸的速度錄製，音調和靜默的拼接將約為1/2英寸長，KP將為3/4英寸長。對於更易管理的拼接長度，破解者可以使用15 ips錄音機，這種錄音機不太常見，可以將這些長度加倍。對於那些沒有15 ips錄音機但有兩臺錄音機的人，音調可以以低一個八度的速度以每秒7.5 ips錄製，拼接的片段將加倍。然後，將拼接的磁帶從7.5 ips機器重新錄製到3.75 ips機器。生成的錄音可以以7.5 ips播放。在斷開幹線的2600 Hz間隔之前，會新增一個間隔，以便足夠時間使數字接收器連線到KP。這組MF音調最初是為貝爾系統的長途操作員手動撥打電話以及機器之間的撥號而設計的，在訂戶使用的DTMF觸控音系統出現之前。顧客撥號的前導1沒有撥出。對於操作員，在撥號期間線路會靜音，但對於顧客電話，在按下鍵時才會靜音。選擇觸控音的頻率是為了最小化顧客在撥號時說話或背景聲音被識別為一個或多個數字，從而導致撥錯號碼的風險。在操作員撥號期間靜音可防止發生這種情況，因此MF系統不需要也不是如此強大。這些音調具有簡單的200 Hz間隔。對於觸控音，音調的選擇考慮了諧波關係和互調產物。特殊編碼.這些是人們可以訪問的一些特殊程式碼，如下圖所示。 "NPA"是電話公司的術語，指的是'區號'。其中許多看起來最初是三位數的程式碼，不需要前導區號撥打，而向國際傳送者撥打的目標號碼格式在不同的時期隨著新增更多國家的呼叫能力而發生了變化。在其他國家.CCITT信令系統第4號是一種在國際電路上使用的信令系統，不包括在北美終止的電路。它使用了不同於北美信令系統中的多頻訊號的方法。以下是有關CCITT SS4的一些詳細資訊：改進後的藍盒連續傳輸了一種其他頻率的保護音，只要它沒有傳送System 4訊號。這種保護音淹沒了回聲的確認訊號，因此遠端的數字接收電路只聽到了藍盒傳輸的數字。