Desarrollo de un Sistema Económico para Identificar Teléfonos Únicos

Guía práctica para implementar detección, verificación y comunicación mediante Wi-Fi y Bluetooth

wifi and bluetooth scanning devices outdoor

Puntos Clave del Proyecto

Detección de Señales: Utilizar hardware económico (ESP32, Raspberry Pi) para capturar señales Wi-Fi y Bluetooth.
Identificación y Verificación: Verificar dispositivos mediante dirección MAC, considerando la aleatorización y otros métodos de autenticación.
Comunicación en Tiempo Real: Conexión a una base de datos online usando un módem LTE 4G para interactuar con usuarios registrados.

1. Introducción y Enfoque General

El objetivo del proyecto es desarrollar un equipo lo más económico posible que permita detectar y contar teléfonos únicos en un área determinada. La identificación se realiza de forma única mediante Wi-Fi o Bluetooth, realizando una verificación previa con una base de datos online a través de un módem LTE 4G. En función del resultado, el sistema puede llevar a cabo acciones de comunicación con el usuario, utilizando notificaciones o mensajes, mediante estas tecnologías.

Este proyecto es ideal para aplicaciones en entornos de marketing, control de afluencia, seguridad y análisis de tráfico en espacios cerrados o abiertos. A continuación, se detallarán los componentes requeridos, la implementación de hardware y software, así como las estrategias para sobrellevar la aleatorización de direcciones MAC que complican la asignación única del dispositivo.

2. Hardware Necesario

2.1. Componentes de Detección y Procesamiento

Para detectar teléfonos en un radio de acción utilizando Wi-Fi y Bluetooth, se requieren dispositivos capaces de captar señales de estos protocolos. Se recomiendan dos opciones que ofrecen buen balance precio/rendimiento:

ESP32: Un microcontrolador económico (alrededor de 2€) que incluye conectividad Wi-Fi y Bluetooth. Ideal para proyectos de IoT y aplicaciones de bajo consumo.
Raspberry Pi: Un microordenador versátil que se puede utilizar para proyectos que requieran mayor capacidad de procesamiento y flexibilidad para ejecutar diferentes sistemas operativos como Raspbian.

2.2. Módem LTE 4G

La conexión a Internet para consultar la base de datos online es fundamental. Un módem LTE 4G, ya sea integrado o vía USB, permitirá el envío de datos y recepción de información clave para la verificación en tiempo real de que el dispositivo esté registrado.

2.3. Antenas y Módulos Adicionales

Para extender el rango de detección y mejorar la calidad de la señal, puede ser necesario:

Antenas Wi-Fi/Bluetooth: Componentes que proporcionan mayor alcance y estabilidad en la captura de señales.
Módulos adicionales (en caso de uso de Raspberry Pi): Dongles Wi-Fi o módulos Bluetooth para garantizar una detección eficaz si la placa base no incluye conectividad de alta calidad.

2.4. Fuente de Alimentación y Carcasa

La robustez del sistema requiere una fuente de alimentación fiable para soportar la operación continua del dispositivo, especialmente cuando se despliega en exteriores. Asimismo, una carcasa resistente protegerá los componentes electrónicos contra el polvo, la humedad y otros factores ambientales.

2.5. Resumen en Tabla de Componentes de Hardware

Componente	Descripción	Ejemplo
Dispositivo de Procesamiento	Microcontrolador o microordenador con capacidad Wi-Fi y Bluetooth	ESP32 o Raspberry Pi
Módem LTE 4G	Conexión a Internet para comunicación con base de datos	Módem USB 4G, SIM7600
Antenas	Mejoran la captación de señales Wi-Fi/Bluetooth	Antena Wi-Fi externa
Fuente de Alimentación	Estable y confiable para operación continua	Adaptador de 5V/2A para ESP32; power bank o fuente de alimentación dedicada
Carcasa	Protección contra el ambiente	Carcasa IP65

3. Software Necesario

3.1. Sistema Operativo y Entornos de Desarrollo

La elección del sistema operativo y entorno de desarrollo dependerá del hardware utilizado:

ESP32: Uso del entorno Arduino o MicroPython. Estos entornos permiten programar la lógica de detección y comunicación directamente en el microcontrolador.
Raspberry Pi: Se recomienda un sistema operativo ligero basado en Linux, como Raspbian. Se pueden ejecutar scripts en Python o Node.js para gestionar la comunicación, el escaneo y la verificación.

3.2. Herramientas de Detección de Dispositivos

Existen diversas herramientas y librerías que facilitan el escaneo y la identificación de dispositivos a través de Wi-Fi y Bluetooth:

Wi-Fi: Herramientas como airodump-ng, scapy para analizar paquetes y detectar direcciones MAC de dispositivos cercanos.
Bluetooth: El uso de BlueZ (en ambientes Linux) o librerías como pybluez para gestionar y detectar dispositivos Bluetooth, además de herramientas como hcitool para realizar escaneos.

3.3. Base de Datos Online y API de Verificación

La verificación desde un servidor y base de datos online será clave para determinar si el dispositivo detectado corresponde a un usuario registrado. Algunas opciones incluyen:

Base de Datos: Utiliza soluciones en la nube como Firebase, AWS DynamoDB, MySQL, MongoDB, entre otros. Estas bases de datos almacenarán los registros de usuarios y la información asociada a cada dirección MAC o token de identificación.
API de Comunicación: Desarrolla una API REST en frameworks como Flask o Node.js, que reciba datos del dispositivo y responda si el usuario está registrado. Esto permite que el microcontrolador envíe la dirección MAC y reciba instrucciones en tiempo real.

3.4. Aplicaciones de Comunicación

Una vez verificado un usuario, la comunicación puede realizarse por:

Notificaciones Wi-Fi: Redirigir al usuario registrado a una página web o enviar mensajes a través de una aplicación móvil.
Notificaciones Bluetooth: Utilizar tecnologías como Bluetooth Low Energy (BLE) para transmitir mensajes cortos directamente al dispositivo.

3.5. Esquema Resumido de Software

Categoría	Descripción	Ejemplo/ Herramienta
Sistema Operativo / Entorno	Plataforma donde se desarrolla el software	Raspbian (Linux), Arduino IDE, MicroPython
Detección de Wi-Fi	Análisis de paquetes y escaneo de redes	airodump-ng, scapy
Detección de Bluetooth	Escaneo y gestión de dispositivos Bluetooth	BlueZ, pybluez, hcitool
Base de Datos / API	Verificación y almacenamiento de registros	Firebase, AWS DynamoDB, API Node.js o Flask
Sistema de Comunicación	Notificaciones y envío de mensajes	Página web, notificaciones push, BLE

4. Identificación Única y Desafíos de Direcciones MAC Aleatorias

4.1. Uso Tradicional de la Dirección MAC

Tradicionalmente, cada dispositivo de red cuenta con una dirección MAC única que facilita su identificación. De esta manera, al detectar la dirección MAC mediante herramientas de escaneo Wi-Fi o Bluetooth, se puede asociar cada dispositivo detectado con un usuario específico almacenado en la base de datos.

4.2. Problema de la Aleatorización de MAC

Los dispositivos modernos, por motivos de privacidad, pueden generar direcciones MAC aleatorias que se actualizan periódicamente. Esta técnica, denominada aleatorización de MAC, dificulta la identificación confiable del dispositivo en sucesivos escaneos. Por ello, es necesario implementar mecanismos adicionales:

Conexión a Redes Conocidas: Al conectarse a una red Wi-Fi de confianza, muchos dispositivos envían la MAC real junto con la dirección aleatoria, lo cual facilita la identificación.
Trazado de Huella Digital del Dispositivo: Analizar parámetros del hardware, tales como imperfecciones en la señal de Bluetooth, puede generar una huella digital única, incluso si la MAC varía.
Registros y Autenticación Secundaria: En el primer contacto, se puede solicitar al usuario que se identifique en una aplicación móvil, asociando una cuenta o token al dispositivo. Esto posibilita la protección de datos y la verificación continua, independientemente de los cambios en la dirección MAC.

4.3. Estrategias de Implementación

Para lidiar con la aleatorización, se sugiere:

Registrar información adicional además de la dirección MAC, como timestamp, patrones de tráfico, y la ubicación del dispositivo.
Implementar verificaciones periódicas en la base de datos para actualizar la información del dispositivo. Esto incluye consultas desde la API para verificar si a pesar del cambio de MAC, el dispositivo presenta otros identificadores o datos contextuales que lo asocien a un usuario registrado.
Ofrecer una interfaz de usuario que permita asociar manualmente el dispositivo a un registro, en caso de inconsistencias por cambios de dirección.

5. Implementación del Sistema

5.1. Configuración del Hardware

La configuración física del sistema incluye:

Montar la placa (ESP32 o Raspberry Pi) y conectar los módulos (Wi-Fi/Bluetooth) asegurando que la antena está correctamente alineada para captar señales en el radio de acción deseado.
Conectar y configurar el módem LTE 4G para garantizar que la información de detección se transmita de forma continua a la base de datos online.
Asegurar una fuente de alimentación estable, especialmente en proyectos desplegados en exteriores, donde la variabilidad en la tensión puede afectar la operatividad de los sensores.

5.2. Desarrollo del Firmware y Scripts

Dependiendo del hardware elegido:

En el ESP32, se puede utilizar el entorno de Arduino para programar el firmware encargado de:
- Realizar escaneos periódicos de Wi-Fi y dispositivos Bluetooth.
- Capturar direcciones MAC y otros parámetros de la señal.
- Enviar los datos a la API online mediante el módem LTE 4G.
En el caso de usar una Raspberry Pi, se recomienda el uso de scripts en Python para la realización de escaneos:
- Implementar herramientas como airodump-ng para Wi-Fi y hcitool o bluetoothctl para Bluetooth.
- Procesar los datos con librerías como scapy o pybluez y enviarlos a un servidor o base de datos.

5.3. Integración con la Base de Datos y API de Verificación

El dispositivo se conectará a la base de datos online para verificar si los teléfonos detectados pertenecen a usuarios registrados. El proceso generalmente comprende:

El firmware o script envía la dirección MAC (o la huella digital) a la API mediante una solicitud REST.
La API consulta la base de datos y determina si el dispositivo está registrado, devolviendo una respuesta que incluye un estado de verificación.
Según la respuesta, el dispositivo puede iniciar una notificación o acción de comunicación, como enviar un mensaje corto mediante Bluetooth o redirigir al usuario a una página web a través de Wi-Fi.

5.4. Ejemplo de Código en Python

Este es un ejemplo simplificado de cómo un script en Python puede integrar la detección y verificación:


# importación de librerías
import requests
import subprocess

# Función para detectar dispositivos Wi-Fi utilizando airodump-ng
def detect_wifi_devices():
    output = subprocess.check_output(['airodump-ng', '--write', 'output', '--output-format', 'csv', 'wlan0'])
    # Se procesa la salida para extraer las direcciones MAC encontradas
    mac_addresses = ["00:11:22:33:44:55"]  # Ejemplo de MAC extraída
    return mac_addresses

# Función para detectar dispositivos Bluetooth utilizando hcitool
def detect_bluetooth_devices():
    output = subprocess.check_output(['hcitool', 'scan'])
    mac_addresses = ["00:11:22:33:44:56"]  # Ejemplo de MAC extraída
    return mac_addresses

# Función que consulta la API para verificar el usuario registrado
def verify_user(mac_address):
    url = "https://tu-dominio.com/api/verify_user"
    params = {"mac_address": mac_address}
    response = requests.get(url, params=params)
    if response.json().get("registered"):
        print(f"Usuario registrado: {mac_address}")
        # Llama a funciones para enviar notificaciones o mensajes
    else:
        print(f"Usuario no registrado: {mac_address}")

if __name__ == "__main__":
    wifi_devices = detect_wifi_devices()
    bluetooth_devices = detect_bluetooth_devices()
    for mac in wifi_devices + bluetooth_devices:
        verify_user(mac)

6. Consideraciones de Privacidad y Seguridad

6.1. Protección de Datos Personales

Al implementar un sistema de detección y verificación, es crucial cumplir con las normativas de privacidad, informando a los usuarios sobre la recogida y uso de sus datos. La información capturada debe emplearse únicamente con propósitos autorizados y protegida contra accesos no autorizados.

6.2. Estrategias de Seguridad en la Comunicación

Se debe asegurar la encriptación de las comunicaciones entre el dispositivo, la API y la base de datos. Es esencial implementar protocolos de seguridad (por ejemplo, HTTPS, TLS) para prevenir interceptaciones o manipulaciones de datos durante la transmisión.

6.3. Manejo de Direcciones MAC Aleatorias

Dado que dispositivos modernos pueden cambiar sus direcciones MAC para proteger la privacidad, se recomienda:

Realizar actualizaciones periódicas en la base de datos para mantener la asociación entre identificadores temporales y usuarios.
Solicitar autenticación o token de usuario mediante una aplicación complementaria, asociándolo a la dirección MAC temporal y a otros metadatos de la señal.
Implementar técnicas de trazado de huellas digitales basadas en características específicas del hardware.

7. Ejecución y Despliegue del Sistema

7.1. Pruebas de Campo y Ajustes

Una vez ensamblado y programado el sistema, es importante proceder a pruebas de campo que permitan:

Verificar el alcance y precisión de la detección de señales Wi-Fi y Bluetooth.
Corroborar que la comunicación entre el dispositivo y la base de datos online funcione de manera estable mediante el módem LTE 4G.
Ajustar el algoritmo de identificación para contrarrestar la aleatorización de direcciones MAC, complementando con datos adicionales (por ejemplo, análisis de patrones de conexión y huellas digitales).

7.2. Escalabilidad y Mantenimiento

Con el éxito de las pruebas, se podrá planificar la expansión del sistema para cubrir áreas más grandes o aumentar la densidad de detección. Es recomendable:

Diseñar una arquitectura de software flexible que pueda integrar múltiples dispositivos de captura distribuidos en diferentes puntos para mejorar la cobertura.
Implementar sistemas de actualización remota del firmware/software para corregir errores o adaptar el sistema a cambios en las normativas de privacidad y seguridad.
Monitorear continuamente la calidad de la señal, la eficiencia del procesamiento de datos y la estabilidad de la comunicación con la base de datos.

8. Cenários de Uso y Aplicaciones Prácticas

8.1. Aplicaciones en Marketing y Retail

En entornos comerciales, el sistema puede ser empleado para analizar la afluencia y comportamiento de los clientes, enviando notificaciones personalizadas, promociones o recomendaciones basadas en la interacción previa del usuario con la red del establecimiento.

8.2. Control de Afluencia y Seguridad

En lugares con alta densidad de personas, la tecnología permite monitorear el flujo de usuarios y, en situaciones de emergencia, dirigir comunicaciones específicas que faciliten la evacuación o la difusión de información relevante.

8.3. Soluciones Personalizadas de IoT

El enfoque descrito puede adaptarse a soluciones de Internet de las Cosas (IoT), donde dispositivos inteligentes interactúan entre sí. Los datos recopilados pueden integrarse en sistemas mayoritarios de gestión de instalaciones, centros comerciales, o incluso en ciudades inteligentes (smart cities), ampliando las posibilidades de interacción y análisis.

Referencias

Tarlogic descubre puerta trasera en dispositivos Bluetooth - RedesZone
Bluetooth Analyzer - Acrylic WiFi
Estudio sobre detección de dispositivos - ScienceDaily
Meshlium Scanner - Libelium
Cómo detectar dispositivos en redes Wi-Fi - WhatSoftware