曼彻斯特编码与差分曼彻斯特
考点概念
曼彻斯特编码（相位编码）是数字通信的线路编码：每个比特用一个码片表示，码片中间有电平跳变，用上升沿/下降沿的位置区分 0 和 1（常见约定：01 表示 0，10 表示 1，或相反）。它自带时钟信息，无需同步信号，用于以太网等。
差分曼彻斯特：码片内仍有跳变，但信息由"码片起始处是否有跳变"携带（约定：位开始翻转=0，不翻转=1，或相反）。
曼彻斯特以 hex 串或 01 序列形式给出，常伴随"波形、线路编码、Manchester"提示。
解题即把波形/二进制串按码片长度切分，查约定（上升沿/下降沿对应）还原比特流，再按 ASCII 分组。
曼彻斯特运算规则
每个比特占一个码片，码片时长为一个位周期，码片中点必发生一次电平跳变，跳变方向携带信息。按托马斯约定 0 编为 01（前半低电平后半高电平），1 编为 10（前半高后半低）；以太网 IEEE 802.3 约定与此相反，解题时两种字典都要试。解码把密文位流两位一组切分，01 译 0、10 译 1，出现 00 或 11 即不是合法曼彻斯特码。
差分曼彻斯特运算规则
每码片中点仍有跳变用作同步，信息不在码片内而在码片起始处，判据是该码片起始电平相对前一码片结束电平是否发生跳变。按本节约定位开始翻转记 0、不翻转记 1（反约定同样存在）。编码端维护上一码片的结束电平，逐位决定本码片起始电平，随后强制中点翻转；解码端逐片比较首电平与前片尾电平直接读出比特。
以比特串 1011 完整演算两种编码。
曼彻斯特（取 0 对应 01、1 对应 10）：
第一比特 1 得码片 10，第二比特 0 得码片 01，第三比特 1 得码片 10，第四比特 1 得码片 10；
波形串接为 10 01 10 10，即位串 10011010。解码回代：切成 10、01、10、10，查字典得 1、0、1、1，还原 1011。
差分曼彻斯特（取位开始翻转记 0，设前导电平为 0）：
第一比特 1 不翻转，起始电平 0，中点跳到 1，码片为 01，结束电平 1；
第二比特 0 翻转，起始电平从 1 跳到 0，中点再跳到 1，码片为 01，结束电平 1；
第三比特 1 不翻转，起始电平 1，中点跳到 0，码片为 10，结束电平 0；
第四比特 1 不翻转，起始电平 0，中点跳到 1，码片为 01，结束电平 1；
波形串接为 01 01 10 01，即位串 01011001。解码回代：各码片首电平相对前片尾电平依次为相同、不同、相同、相同，读出 1、0、1、1，还原 1011。
两种编码的合法码片中点全有跳变，绝不会出现连续两个相同电平的码片
识别特征
序列特征：01/10 交替出现、无连续 00 或 11 的码串（曼彻斯特码片内必有跳变）。 文件形式：txt 中一段 hex（如 5555555595555A... 之类），或波形图（Audacity 打开规律方波）。 提示语：题名/描述出现"曼联、曼彻斯特、传感器、以太网、相位"。 其它线路编码对照：NRZ 高=1 低=0；NRZI 电平翻转=1 不变=0；均无码片内跳变约束。
靶场题目
传感器（BUUCTF） 传感器 1（攻防世界） 传感器 2（攻防世界） robomunication（BUUCTF）
Writeup
题目：传感器（BUUCTF） 识别：提示"曼联"即曼彻斯特联足球俱乐部，索引到曼彻斯特编码；密文 hex 只含 5、6、9、A 四种字符，对应 0101、0110、1001、1010 四种 4 位模式，每种都是两个合法码片的组合，符合曼彻斯特码流按半字节记录的特征。
解题：每个 hex 字符转 4 位二进制并补齐前导零，按 0101 折 11、0110 折 10、1010 折 00、1001 折 01 的规则压缩为半长位流；题目另声明八位倒序传输协议，把每 8 位逆序后拼字节；得到完整报文 FFFFFED31F645055F9
脚本：
s = "5555555595555A65556AA696AA6666666955" FOLD = {"0101": "11", "0110": "10", "1010": "00", "1001": "01"} s1, msg = "", "" for c in s: s1 += FOLD[format(int(c, 16), "04b")] if len(s1) == 8: msg += format(int(s1[::-1], 2), "02X") s1 = "" print("flag{%s}" % msg) assert msg == "FFFFFED31F645055F9"题目：传感器 1（攻防世界） 识别：传感器报文族再加已知 ID 可比对校验，本组为差分曼彻斯特编码：整串 hex 转位流后按码片切分，比对首电平与前片尾电平即可解码，密文含 3、E 等非 569A 字符是差分形式
解题：两条报文都做差分曼彻斯特解码（前导电平取 0，逐片比较），第一条得字节流 B0 02 4D 88 93 CA 58 41 81，即同步头 B0 后的报文结构 0024D 前缀、ID 8893CA58、类型 41、校验位 81，与题给 ID 对上；第二条解码得 B0 02 4D 88 45 AB F3 41 19，读出 ID 为 8845ABF3
脚本：
def diff_manchester_decode(hexs: str) -> str: bits = format(int(hexs, 16), "0%db" % (len(hexs) * 4)) out, prev_end = "", "0" for i in range(0, len(bits), 2): chip = bits[i:i + 2] out += "1" if chip[0] == prev_end else "0" prev_end = chip[1] return out for name, hx in [("known", "3EAAAAA56A69AA55A95995A569AA95565556"), ("target", "3EAAAAA56A69AA556A965A5999596AA95656")]: b = diff_manchester_decode(hx) print(name, "".join("%02X" % int(b[i:i + 8], 2) for i in range(0, len(b), 8)))题目：传感器 2（攻防世界） 识别：解码现有报文后结构为 0024D、ID、41、校验位，校验位恒 8 位，推测是 CRC 类校验
解题：先把两条已知报文差分解码得到样本对：02 4D 8893CA58 41 对应校验 81，02 4D 8845ABF3 41 对应校验 19。再以两组样本对全参数暴力匹配 CRC8（多项式 0 到 255，初值两档，输入输出反射各两档），唯一命中标准 CRC-8：多项式 0x07，初值 0x00，输入输出均不反转，输入为去掉同步字节 B0 与校验字节的报文体。
按结构重组 02 4D DEADBEEF 41 与 02 4D BAADA555 41 分别计算，校验位分别为 B5 与 15
脚本：
def crc8(data: bytes, poly: int, init: int, refin: bool, refout: bool) -> int: crc = init for b in data: if refin: b = int(format(b, "08b")[::-1], 2) crc ^= b for _ in range(8): crc = ((crc << 1) ^ poly) & 0xFF if crc & 0x80 else (crc << 1) & 0xFF if refout: crc = int(format(crc, "08b")[::-1], 2) return crc samples = [(bytes.fromhex("024D8893CA58 41".replace(" ", "")), 0x81), (bytes.fromhex("024D8845ABF3 41".replace(" ", "")), 0x19)] hit = None for poly in range(256): for init in (0x00, 0xFF): for refin in (False, True): for refout in (False, True): if all(crc8(d, poly, init, refin, refout) == c for d, c in samples): hit = (poly, init, refin, refout) if hit is None: raise SystemExit("no CRC8 match") poly, init, refin, refout = hit print("匹配参数: poly=%s init=%s refin=%s refout=%s" % (hex(poly), hex(init), refin, refout)) for nid in ("DEADBEEF", "BAADA555"): msg = bytes.fromhex("024D" + nid + "41") print(nid, "->", format(crc8(msg, poly, init, refin, refout), "02X"))题目：robomunication（BUUCTF） 识别：播放或看波形，整段只有两种时长规律的滴答声（长短分别记 bi 与 bu），是时域摩斯电码的典型节奏；题名机器人通信也指向机器编码，与曼彻斯特同属线路编码大类，实际考点为音频摩斯。
解题：Audacity 打开逐段听写，长的 bi 记为划、短的 bu 记为点，整理出摩斯串；解码得整句 hellowhatisthekeyitisboopbeep，句尾明示 key 就在句内
脚本：
MORSE = { ".-": "A", "-...": "B", "-.-.": "C", "-..": "D", ".": "E", "..-.": "F", "--.": "G", "....": "H", "..": "I", ".---": "J", "-.-": "K", ".-..": "L", "--": "M", "-.": "N", "---": "O", ".--.": "P", "--.-": "Q", ".-.": "R", "...": "S", "-": "T", "..-": "U", "...-": "V", ".--": "W", "-..-": "X", "-.--": "Y", "--..": "Z", } morse = (".... . .-.. .-.. --- .-- .... .- - .. ... - .... . -.- . -.-- " ".. - .. ... -... --- --- .--. -... . . .--.") plain = "".join(MORSE[t] for t in morse.split()) print(plain, "->", "flag{%s}" % plain[-8:]) assert plain == "HELLOWHATISTHEKEYITISBOOPBEEP" assert plain[-8:] == "BOOPBEEP"工具：Audacity | Free, Open Source Audio Editor and Recorder
脚本
def manchester_encode(bits: str) -> str: return "".join("10" if b == "1" else "01" for b in bits) def manchester_decode(wave: str) -> str: out = [] for i in range(0, len(wave), 2): pair = wave[i:i + 2] if pair == "10": out.append("1") elif pair == "01": out.append("0") else: raise ValueError("非法码片: %r" % pair) return "".join(out) def diff_manchester_encode(bits: str) -> str: wave = []; cur = "0" for b in bits: if b == "0": cur = "1" if cur == "0" else "0" wave.append(cur) wave.append("1" if cur == "0" else "0") return "".join(wave) def diff_manchester_decode(wave: str) -> str: bits = []; prev = "0" for i in range(0, len(wave), 2): start = wave[i] bits.append("0" if start != prev else "1") prev = start return "".join(bits) text = b"flag{manchester_ok}" bits = "".join(format(b, "08b") for b in text) cipher_hex = hex(int(manchester_encode(bits), 2))[2:] wave = bin(int(cipher_hex, 16))[2:].zfill(len(bits) * 2) flag = bytes(int(manchester_decode(wave)[i:i + 8], 2) for i in range(0, len(bits), 8)) print("曼彻斯特解码: %s" % flag.decode()) assert flag == text assert diff_manchester_decode(diff_manchester_encode(bits)) == bits print("差分曼彻斯特自洽验证通过") print("SUCCESS: flag{manchester_ok}")
