感谢ChatGPT在我学习过程中给我的帮助
Hack-A-Sat 是美国办的太空信息安全挑战，最近发现本书《Hack-A-Sat太空信息安全挑战赛深度题解》讲2020年预选赛的题解，在 github 上找到了题目的源文件，慢慢复现一遍
进入 generator-base 之后运行把基础的镜像生成出来
docker build -t generator-base .然后进入 beckley 文件夹把 solver 和 challenge 文件夹中的 Dockerfile 的 get-pip.py 的 url 换一下，换成：
https://bootstrap.pypa.io/pip/2.7/get-pip.py
我把我用的最终版本放在 github 了，用这个就不用改 url 了
https://github.com/yichen115/hackasat-qualifier-2020使用 make build 生成镜像，也可以用 make challenge 只生成题目镜像，然后使用 apt install socat 安装 socat，使用以下命令运行环境
socat -v tcp-listen:19020,reuseaddr exec:"docker run --rm -i -e SERVICE_HOST=172.17.0.1 -e SERVICE_PORT=19021 -e SEED=1000 -e FLAG=flag{zulu49225delta:GG1EnNVMK3-hPvlNKAdEJxcujvp9WK4rEchuEdlDp3yv_Wh_uvB5ehGq-fyRowvwkWpdAMTKbidqhK4JhFsaz1k} -p 19021:80 beckley:challenge"咱也不知道这题是啥意思，按照 wp 先验证一下能不能拿到 flag，新开一个终端运行得到一些提示
nc 172.17.0.1 19020然后运行下面的命令得到 flag
curl http://172.17.0.1:19021/cgi-bin/HSCKML.py?CAMERA=-77.03,38.89,430000,40.3694166667,63.5358055556 -H 'User-Agent: GoogleEarth/7.3.2.5815(X11;Linux (5.2.0.0);en;kml:2.2;client:Pro;type:default)' -H 'Accept: application/vnd.google-earth.kml+xml, application/vnd.google-earth.kmz, image/*, */*' -H 'Accept-Language: en-US, *' -H 'Connection: keep-alive'如图所示
按照下面这篇文章的描述，这道题环境搭建起来后你能看的就只有 static 文件夹里面的 remote.kml 和一个地址 172.17.0.1 19020
https://blog.csdn.net/hackasat/article/details/127814688就从这两个提示开始入手，nc 连接之后获得了如下信息：
We've captured data from a satellite that shows a flag located at the base of the Washington Monument.The image was taken on March 26th, 2020, at 21:53:13The satellite we used was:REDACT1 13337U 98067A 20087.38052801 -.00000452 00000-0 00000+0 0 99952 13337 51.6460 33.2488 0005270 61.9928 83.3154 15.48919755219337Use a Google Earth Pro KML file to 'Link' to http://172.17.0.1:19021/cgi-bin/HSCKML.pyand 'LookAt' that spot from where the satellite when it took the photo and get us that flag!
大意是太空中有颗卫星于 2020 年 3 月 26 日 21:53:13 按照特定的视角拍到了华盛顿纪念碑，让我们通过 Google Earth Pro 的 KML 文件模拟卫星拍摄时的位置看一下华盛顿纪念碑从而获得 flag。Google Earth Pro 可以在下面这个链接下载到
https://www.google.com/earth/versions/谷歌官方的介绍：
https://developers.google.com/kml/documentation/kmlreference可以在谷歌地球上新建一个地标，试试 kml 文件是怎么创建的，点击这个黄色的工字钉
然后随便在地图上找个点，把工字钉拖上去，随便写点名称和说明
然后将右键地图上的工字钉，保存的时候选择类型是 kml 格式
可以看到主要的位置信息就是在 LookAt 这个标签里面的，LookAt 就是你从哪个视角来观看这个地标的
对应的，在题目给的 remote.kml 文件中也是要我们修改这个位置的信息
longitude 是经度，不用解释吧
latitude 是纬度，不用解释吧
altitude 是海拔，不用解释吧
heading 是飞行器前进的方向，看下面的图示，就是按照左边这个图来的
tilt 是卫星与地球表面法线之间的角度
range 是卫星距离目标的距离
altitudeMode 是高度模式，这个不用咱们改
还有一个在这里面没有体现出来的 <Link> 标签，这个是用来通过网络链接获取 KML 文件，那我们先把这个 link 换成 nc 连接上后获得的地址
http://172.17.0.1:19021/cgi-bin/HSCKML.py选择文件 -> 打开 -> remote.kml 把临时位置的层级全部展开，可以看到一个地标是 Keep Looking... 说明咱还没找到正确的观察视角
接下来我们研究研究 LookAt 要怎么设置，就是卫星拍到华盛顿纪念碑时的位置，相关线索就是 nc 上去输出的两行信息，这个叫做双线元素集 (TLE)，好家伙，专业知识来了
https://www.space-track.org/documentation#/tle卫星双线元素集（TLE）是一种编码格式，用于在两行中存储卫星的轨道参数。这些轨道参数是由观测到的卫星运动数据计算得出的。TLE 可以用来预测卫星的运动，并用于各种应用，例如卫星导航和通信（本段由ChatGPT生成）
我们做个表说明一下这些数据的含义（感觉给的这些数据对不太起来，这个表建议阅读原文观看）
REDACT1 13337U 98067A 20087.38052801 -.00000452 00000-0 00000+0 0 99952 13337 51.6460 33.2488 0005270 61.9928 83.3154 15.48919755219337
|
第 0 行 |
||
|
列 |
数据 |
描述 |
|
1-24 |
REDACT |
基于卫星目录的信息的对象的通用名称 |
|
第 1 行 |
||
|
列 |
数据 |
描述 |
|
1 |
1 |
行号 |
|
3-7 |
13337 |
北美防空司令部 的卫星编号 |
|
8 |
U |
U 非保密的，C 机密的，S 绝密的 |
|
10-17 |
98067A |
国际卫星标识符，98表示年，067表示这年第几次发射，A 表示卫星的第一部分 可以参考：https://www.zhihu.com/question/268074570/answer/332683919 |
|
19-32 |
20087.38052801 |
TLE历时，轨道数据的时间点，20 表示 20 年，087表示第 87 天（我咋算的 86 天），38052801 表示这一天的时刻 |
|
34-43 |
-.00000452 |
平均运动对时间的一阶导数 |
|
45-52 |
00000-0 |
平均运动对时间的二阶导数(假设有小数点) |
|
54-61 |
00000+0 |
BSTAR拖调制系数 |
|
63 |
0 |
美国空军空间指挥中心内部使用的为 1，美国空军空间指挥中心以外公开使用标识为 0 |
|
65-68 |
999 |
星历编号，星历编号是TLE数据按新发现卫星的先后顺序的编号 |
|
69 |
5 |
校验和，指这一行的所有非数字字符，按照“字母、空格、句点、正号= 0；负号=1”的规则换算成0和1后，将这一行中原来的全部数字加起来，以10为模计算后所得的和 |
|
第 2 行 |
||
|
列 |
数据 |
描述 |
|
1 |
2 |
行号 |
|
3-7 |
13337 |
北美防空司令部 的卫星编号 |
|
9-16 |
51.6460 |
轨道的交角度数，指天体的轨道面和地球赤道面之间的夹度 |
|
18-25 |
33.2488 |
升交点赤经度数，指从地球的球心点望过去，升交点的赤经坐标 |
|
27-33 |
0005270 |
轨道离心率，指卫星椭圆轨道的中心点到地球的球心点的距离（c）除以卫星轨道半长轴(a)得到的一个0（圆型）到1（抛物线）之间的小数值 |
|
35-42 |
61.9928 |
近地点角距，指在卫星的轨道平面内，从升交点到近地点按照卫星运行方向所走过的角度 |
|
44-51 |
83.3154 |
平近点角度数，指平近点角与真近点角和偏近点角之间的关系，即卫星在椭圆轨道上的瞬间位置 |
|
53-63 |
15.48919755 |
平均运动，指在一个太阳日内（24h），卫星在它的轨道上绕了多少圈 |
|
64-68 |
21933 |
在轨圈数，指卫星从发射到 TLE 数据记录的 TLE 历时之间卫星在轨道上绕行的总圈数 |
|
69 |
7 |
校验和 |
我们需要通过给出的 TLE 数据填充 LookAt 中的信息，其中 longitude 和 latitude 是经纬度，直接在谷歌地球中找就行了，按照上面添加地标的方式添加保存为 KML 文件，再查看即可，纬度：38.88937190244597，经度：-77.03521514741283
同时因为 altitudeMode 是 clampToGround，表示可以忽略高度，因此 altitude 是 0
这意味着我们只需要解析出来 heading、tilt、range 即可，我们用 Python 来实现，参考这个库：
https://rhodesmill.org/skyfield/earth-satellites.html首先从字符集加载 TLE 数据，然后根据时间确定卫星在头顶的位置（注意这里的时间要用 nc 上去之后题目给我们的时间而不是 TLE 解析的时间），这里得到的位置是地心天球参考系中卫星的 x、y、z 坐标，也就是说是以地心为观察者视角得到的卫星的位置
from skyfield.api import EarthSatellite, load, Toposts = load.timescale()line1 = '1 13337U 98067A 20087.38052801 -.00000452 00000-0 00000+0 0 9995'line2 = '2 13337 51.6460 33.2488 0005270 61.9928 83.3154 15.48919755219337'# 从字符串加载TLE集satellite = EarthSatellite(line1, line2, 'REDACT', ts)print("nsatellite:")print(satellite)# 通过卫星在头顶上面的时间确定卫星位置，这里按照题目提示时间 2020 年 3 月 26 日 21:52:55t = ts.utc(2020, 3, 26, 21, 52, 55)geocentric = satellite.at(t)print("ngeocentric.position.km:")print(geocentric.position.km)
我们解题需要知道的是以华盛顿纪念碑为观察者视角的卫星位置，需要先创建一个 Topos 对象来表示观察者的位置，然后用卫星相对地心的位置减去华盛顿纪念碑相对于地心的位置，以此确定卫星相对于观察者的位置信息，其中距离就是我们要修改的 range 值
# 计算华盛顿纪念碑看卫星的角度bluffton = Topos('38.88937190244597 N', '77.03521514741283 W')huashengdun = bluffton.at(t)print(huashengdun.position.km)difference = satellite - bluffton # 这俩一减得到了华盛顿纪念碑和卫星之间的位置信息topocentric = difference.at(t)print(topocentric.position.km)alt, az, distance = topocentric.altaz() # 通过altaz函数得到高度角、方位角、距离print('nAltitude: %f' % alt.degrees) # 高度角print('Azimuth: %f' % az.degrees) # 方位角print('Distance: %d' % int(distance.m)) # 距离
得到这个之后我们来看一下 heading 和 tilt 与高度角和方位角的关系，其中 tilt 与高度角是互补的，因此直接用 90 减去高度角就是 tilt
heading 是卫星前进的方向，与当前的方位角有个 180 度的差值，所以在 Azimuth 的基础上加上 180 度得到 heading（目前理解是这个意思），再模 360 度是为了保证度数在 360 度之内
heading = (180 + az.degrees) % 360print('nHeading: %f' % heading)tilt = 90 - alt.degreesprint('Tilt: %f' % tilt)
根据输出的结果修改 LookAt 中的值，然后用谷歌地球打开就可以看到 flag 了
<LookAt id="ID"><longitude>-77.03</longitude><latitude>38.89</latitude><altitude>0</altitude><heading>63.532442</heading><tilt>40.371925</tilt><range>538562</range><altitudeMode>clampToGround</altitudeMode></LookAt>
https://github.com/solar-wine/writeups/blob/master/2020/Qualifications/Astronomy%2C%20Astrophysics%2C%20Astrometry%2C%20Astrodynamics%2C%20AAAA/I%20Like%20to%20Watch/writeup.mdhttps://blog.csdn.net/hackasat/article/details/127814688
原文始发于微信公众号（陈冠男的游戏人生）：HackaSat2020预选赛beckley
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