ESP32: Зашифрований зв'язок з RF-модулем 433 МГц та одноразовим блокнотом

Цей проєкт демонструє захищений зв'язок між двома мікроконтролерами ESP32 за допомогою RF-передавача/приймача 433 МГц та спрощеної схеми шифрування одноразовим блокнотом (OTP).

ВАЖЛИВО: Це демонстраційний код. Він призначений виключно для ілюстрації можливостей роботи з радіосигналами та одноразовим блокнотом на ESP32. Він не призначений для використання в реальних системах, де потрібна справжня безпека. Див. розділ "Міркування безпеки" для отримання додаткової інформації.

Особливості:

• Шифрування: Використовує одноразовий блокнот (на основі XOR) для шифрування та дешифрування повідомлень. Примітка: Ця реалізація використовує спрощений OTP для демонстраційних цілей.
• RF-зв'язок 433 МГц: Використовує бібліотеку RadioHead для надійної передачі даних через радіоканал 433 МГц.
• Сумісність з ESP32: Розроблено для платформи мікроконтролера ESP32.
• Чітка структура коду: Містить добре прокоментований код з окремими функціями для шифрування, дешифрування, передачі та прийому.
• Послідовне налагодження: Забезпечує послідовний вивід для моніторингу процесу передачі та прийому.

Необхідне обладнання:

• Дві плати розробки ESP32 (наприклад, NodeMCU-32S, ESP32-WROOM-32).
• Два RF-модулі передавача/приймача 433 МГц (наприклад, передавач FS1000A та приймач XY-MK-5V). Переконайтеся, що обидва модулі працюють на одній частоті (433 МГц).
• З'єднувальні дроти.
• Відповідні антени для модулів передавача та приймача.

Необхідні бібліотеки:

• RadioHead: Встановіть через Менеджер бібліотек Arduino (Скетч -> Підключити бібліотеку -> Керувати бібліотеками...). Шукайте "RadioHead" від Mike McCauley.
• SPI: Ця бібліотека вбудована в Arduino IDE.

Підключення:

Підключіть RF-модулі до плат ESP32 наступним чином:

RF Модуль (Пін)	ESP32 Пін (За замовчуванням - див. код)	Опис
DATA (TX)	12	Передача даних
DATA (RX)	13	Прийом даних
VCC	3.3V	Живлення (3.3V)
GND	GND	Земля
PTT	2 (Необов'язково)	Push-to-Talk (якщо використовується)

Примітка: Деякі RF-модулі не потребують піна PTT. Якщо ваш модуль не має піна PTT, закоментуйте рядок #define RF_PTT_PIN у коді. Змініть визначення пінів (RF_TX_PIN, RF_RX_PIN, RF_PTT_PIN) у коді, якщо ви використовуєте інші піни.

Як використовувати:

1. Встановіть бібліотеки: Встановіть необхідні бібліотеки, як описано вище.
2. Підключіть обладнання: Підключіть RF-модулі до плат ESP32, як показано в таблиці підключень.
3. Відкрийте код: Відкрийте наданий файл esp32_rf_otp.ino в Arduino IDE.
4. Завантажте та протестуйте:
   • Завантажте код на обидві плати ESP32.
   • Відкрийте Послідовний монітор на обох платах ESP32 (встановіть швидкість передачі даних 115200).
   • Один ESP32 повинен відображати повідомлення, що починаються з "Sending:". Інший - з "Received encrypted:".
5. Налаштуйте (необов'язково):
   • Змініть повідомлення: Змініть вміст масиву message[] у функції loop(), щоб надіслати інше повідомлення.
   • Налаштуйте параметри RF: Змініть константу RF_SPEED, щоб експериментувати з різними швидкостями передачі даних. Нижчі швидкості, як правило, забезпечують кращий діапазон і надійність.
   • Змініть ключ: Змініть масив key[]. Для демонстраційних цілей ключ короткий і використовується повторно.

Структура коду:

• encryptMessage(): Шифрує повідомлення за допомогою одноразового блокнота (операція XOR).
• decryptMessage(): Дешифрує повідомлення за допомогою одноразового блокнота (операція XOR). В OTP дешифрування таке саме, як і шифрування.
• setup(): Ініціалізує послідовний зв'язок та RF-модуль.
• loop(): Містить основну логіку для надсилання та отримання повідомлень. Включає як частини передачі, так і прийому. Для тестування на двох різних платах ESP32 вам потрібно буде закоментувати/розкоментувати частини надсилання або отримання відповідно.
• Надсилання:
  • Визначає повідомлення, яке потрібно надіслати.
  • Шифрує повідомлення.
  • Надсилає зашифроване повідомлення за допомогою rf_driver.send().
  • Очікує завершення передачі.
• Отримання:
  • Перевіряє наявність вхідних повідомлень за допомогою rf_driver.recv().
  • Якщо повідомлення отримано, дешифрує його.
  • Виводить отримані та розшифровані повідомлення в Послідовний монітор.

Виправлення неполадок:

• "RF module initialization failed!": Перевірте підключення та переконайтеся, що RF-модуль належним чином живиться. Переконайтеся, що ви вибрали правильний тип плати ESP32 і порт в Arduino IDE.
• Немає отриманих даних: Переконайтеся, що модулі передавача та приймача працюють на одній частоті (433 МГц). Перевірте підключення антен. Спробуйте зменшити RF_SPEED, щоб підвищити надійність. Збільште відстань між передавачем і приймачем (іноді занадто близьке розташування може спричинити проблеми).
• Незрозумілий текст в Serial Monitor: Переконайтесь що вірно виставлена швидкість (115200).