Tecnología forense: te destripamos un smartphone - Nobbot

Tecnología forense: te destripamos un smartphone

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Estamos familiarizados con los smartphones hasta tal punto que casi no podemos vivir sin ellos. Los usamos, los cargamos o incluso los rompemos (sin querer, claro), pero apenas sí conocemos cómo están hechos.

Vistos desde afuera, los smartphones son bastante similares entre sí: una pantalla, cámaras frontal y trasera, botones, el conector de auriculares, el de datos y alimentación es prácticamente todo lo que queda a la vista. Dependiendo del modelo, incluso podemos acceder a la batería quitando la parte trasera de la carcasa, o extrayéndola como sucede en modelos tal que el LG G5. Pero más allá de lo que está a la vista, poco más sabemos acerca de las interioridades de un smartphone.

A la vista de los grosores ínfimos de algunos terminales, podemos intuir que estamos ante dispositivos electrónicos con un grado de integración excepcional. De todos modos, vamos a verlo, componente a componente, adentrándonos en el interior de un smartphone.

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En esta imagen de rayos X (por cortesía de ifixit) podemos ver el interior de tres terminales: un iPhone 6 (izquierda), un LG G5 (en el centro) y un iPhone 6 Plus (derecha). La batería es fácilmente reconocible a la derecha. La placa base rodea a la batería por arriba y la parte derecha. La parte del conector, sea tanto Lightning como USB C o micro USB, está en la parte inferior. Las dos cámaras del LG G5 se distinguen claramente. La del iPhone 6 está arriba a la derecha. Los rectángulos negros, como el de la parte inferior izquierda en el LG G5 o los de la parte inferior derecha en sendos iPhone, se corresponden con el altavoz.

Pantalla, carcasa, batería, cámaras y placa base

En cualquier terminal móvil nos encontramos con estos cinco elementos principales: pantalla, carcasa, batería, cámaras y placa base. Cada uno de ellos juega un papel fundamental para que todo funcione correctamente. El más complejo es la placa base, donde se encuentra la mayoría de los componentes que hacen que un smartphone sea un smartphone, como el procesador, la memoria RAM o la memoria para almacenamiento interno.

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En este despiece de un LG G5 de iFixit, podemos ver a vista de pájaro todos los componentes de un smartphone típico. Pueden variar de un modelo a otro, pero solo en detalles específicos.

En realidad, un móvil, si lo pensamos bien, no es demasiado diferente a un portátil convertible. O al revés, un portátil convertible 2 en 1 no es tan diferente a un smartphone. La única diferencia apreciable es el tamaño.

La pantalla, táctil, tiene la tecnología necesaria para interactuar con el móvil usando los dedos. Empezamos a usar la voz, pero de momento es la tactilidad la forma de interacción con un móvil por excelencia. La carcasa, además de ser el elemento protector de los componentes del terminal, también es el lugar donde se ubican las antenas y, cuando es de tipo metálico, también se usa como disipador para el calor generado por el procesador.

Las cámaras, por su parte, son módulos independientes por lo general unidas a la placa por sendos conectores. Las antenas, sea la NFC o la WiFi, están ubicadas en la carcasa: en los laterales o en la parte posterior. La batería es uno de los elementos más reconocibles y el más grande con el permiso de la pantalla. Su capacidad depende, básicamente, del espacio disponible en el interior del móvil para alojarla. Pero por familiar que parezca, las baterías más modernas también necesitan de sus propios chips para gestionar su carga.

Pantalla, la cara amable y frágil de nuestro smartphone

Si hay un componente que define a un smartphone, ese es la pantalla. Nos pasamos horas mirándola y tocándola para manejar la mayor parte de las funciones y aplicaciones que usamos en nuestro día a día.

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Los dos tipos de pantallas más comunes a día de hoy son las LCD y las AMOLED. En ambos casos, la pantalla integra también la interfaz táctil. La resolución habitual para los terminales actuales va de HD (1.280 x 720) a QHD (2.560 x 1.440), pasando por Full HD (1.920 x 1.080) con un tamaño que va desde las 4’’ hasta 6’’, aunque lo habitual es tener pantallas alrededor de las 5’’.

Un parámetro habitual para caracterizar una pantalla es la densidad de píxeles. A mayor valor, más nítida será la pantalla. Y a menos valor, más se verán los píxeles individuales. Por encima de 300 ppp (puntos por pulgada), la calidad será suficiente como para no distinguir los píxeles.

La tecnología LCD (a la derecha en la imagen inferior) usa un sistema de retroiluminación junto con una matriz de cristales líquidos que dejan pasar la luz o la bloquean para iluminar otra matriz de triadas RGB que conforman cada uno de los píxeles que se muestran en la pantalla. La AMOLED (a la izquierda), por su parte, no necesita retroiluminación, ya que cada elemento rojo, verde o azul emite su propia luz.

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Existe cierta controversia acerca de qué tecnología es mejor. En la AMOLED, los tonos negros son perfectos, así como los colores puros rojo, verde y azul, mientras que los blancos, en la mayoría de los modelos del mercado, tienden a verdear. En la LCD, los blancos son mucho más fidedignos, mientras que los negros carecen de la profundidad de las pantallas AMOLED.

La pantalla está protegida por un cristal muy delgado, que suele ser de tipo Gorilla Glass, un material sumamente duro y resistente a los arañazos. La quinta generación está diseñada para resistir caídas desde 1,6 metros, al menos con un índice de rotura estadísticamente pequeño comparado con las anteriores. Con Gorilla Glass o sin él, la pantalla es uno de los componentes más frágiles de un móvil, especialmente si el terminal se cae sobre una esquina.

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Lo más reciente en pantallas es el acabado 2.5D, que crea un efecto de biselado en los bordes justo donde encaja con la carcasa. De todos modos, en el futuro están las pantallas flexibles o incluso plegables. Acabarán llegando, pero aún tardaremos en verlas.

Carcasa, el traje de nuestro smartphone

La carcasa es un poco como la vestimenta de nuestro smartphone, hasta el punto de que si no nos gusta acabamos por ponerle una funda. También podemos usarla en el caso de que queramos protegerlo contra golpes y arañazos, desde luego. Pero los móviles están pensados para funcionar sin necesidad de funda alguna.

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Las tendencias en este campo cambian según estemos frente a terminales de gama alta o terminales económicos. En el primer caso, la preferencia es el aluminio como material y diseños unibody. Esto es, diseños donde no podemos acceder a la batería ni en los que hay partes de la carcasa que podemos quitar y poner. De este modo, los diseños son también más delgados y con formas más cuidadas.

El abaratamiento de costes de fabricación hace que haya modelos de móviles con precios económicos con carcasa metálica y unibody, pero no es lo habitual. Los modelos económicos usan sobre todo el plástico, y diseños clásicos donde la parte trasera de la carcasa se puede quitar para acceder a la ranura microSD o la SIM, o a la batería.

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El uso del aluminio, además de la estética, tiene otras ventajas. Por ejemplo, puede ser usado a modo de disipador para el calor generado en el procesador. Es el caso del Galaxy S7 de Samsung, por ejemplo, con su sistema de refrigeración “líquida” donde el aluminio de la carcasa ayuda a hacer que el calor se disperse más rápidamente.

La carcasa es también el lugar donde se ubican las antenas de comunicaciones, tanto las de telefonía 3G/4G como la WiFi o la NFC. Para WiFi, es importante que el terminal tenga más de una antena, de modo que se transmitan datos a más velocidad. Si ves una indicación en las especificaciones del estilo de WiFi 2×2, significa que tiene dos antenas.

Existen modelos certificados como IP68 (el Samsung Galaxy S7 o los Sony Xperia, por ejemplo) que pueden sumergirse. Este tipo de terminales tienen la carcasa sellada mediante gomas o lacados hidrófugos que posibilitan la inmersión sin que haya riesgos para la electrónica, aunque no es lo habitual.

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Otros terminales están equipados con carcasas sumergibles y anti golpes. Como el Galaxy S7 Active.Este tipo de carcasas incrementan el grosor, el peso y el precio de los terminales, pero ofrecen una protección adicional.

La placa base, el cerebro de nuestro smartphone

El espacio que ocupa la electrónica en cualquier dispositivo tiende a reducirse drásticamente con cada nueva generación tecnológica. La integración es tal, que elementos que antes necesitaban varios chips independientes para funcionar, ahora son uno solo. Es el caso de las “radios” para las comunicaciones. Antes, 4G iba por su lado y 3G por otro, y el procesador por otro. Ahora, tanto 3G como 4G y el procesador pueden compartir un único chip. En él, también puede ir la memoria RAM o el acelerador gráfico y el procesador de imagen de la cámara.

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A pesar de ocupar un espacio mínimo, en la placa base se ubican todos los componentes que caracterizan a un smartphone, con la excepción de las cámaras. El procesador, la memoria, el almacenamiento, las comunicaciones WiFi, NFC y Bluetooth, así como la electrónica de potencia para gestionar la energía de la batería o su carga están en la placa.

En el portal ifixit es posible encontrar referencias sobre el desmontaje de infinidad de dispositivos, incluyendo móviles. En este caso, hemos recurrido al de un flamante LG G5, donde podemos ver el tamaño de la placa, así como los chips más representativos de la misma.

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El procesador (en rojo) es uno de ellos. Que además de la CPU propiamente dicha, integra la memoria RAM a modo de “sándwich”, el acelerador gráfico o el procesador de imagen para agilizar el trabajo con fotos y vídeos, así como comunicaciones 3G 4G o WiFi dependiendo del modelo.

Existen varios fabricantes de procesadores para móviles. Todos ellos presentan compatibilidad con las instrucciones de ARM, aunque cada uno en su estilo. Apple, para los terminales iPhone, con una arquitectura diseñada a medida. Qualcomm también fabrica sus procesadores, con arquitecturas propias como la del Snapdragon 820. Mediatek también fabrica los suyos, así como Huawei o Samsung, aunque basados en diseños de referencia de ARM en su mayor parte.

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Puede haber procesadores con dos núcleos como los de Apple, o de cuatro, ocho y hasta diez núcleos como el Helio X20 de Mediatek. Lo que sí está claro es que a estas alturas deben ser compatibles con 64 bits.

Estos núcleos no están todos funcionando a la vez. Parte de ellos son de bajo rendimiento y parte de alto. La tendencia es la de usar los núcleos de bajo rendimiento en los momentos en los que el móvil no necesite una potencia elevada, ahorrando energía. Y usar los de alto rendimiento cuando se estén usando aplicaciones que demanden una potencia elevada. Estos núcleos se agrupan en “clusters” y suelen ser dos, salvo en el caso del Helio X20 de Mediatek, que lleva tres.

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Una medida del rendimiento de un procesador es su velocidad en GHz. A mayor velocidad, mayor rendimiento, aunque a cambio, el procesador se calienta más y consume más energía.

El almacenamiento (en naranja) está a cargo de memoria de estado sólido, en cantidades variables entre 4 GB y 256 GB. Lo habitual es tener 16 GB o 32 GB de espacio junto con una ranura microSD para ampliación. En esta memoria está también el sistema operativo, ocupando parte del espacio total (entre 1 y 3 GB por lo general.

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En las comunicaciones, lo más valorado es la tecnología LTE (4G), junto con WiFi de doble banda y compatible con WiFi 802.11ac frente a WiFi 802.11n, su predecesora y mucho más lenta. LTE se clasifica según su “categoría”. Cat 4, por ejemplo, permite descargas de 150 Mbps y subidas de 50 Mbps. Cat 6 llega a 300 Mbps y 50 Mbps respectivamente y Cat 9 pasa a 450/50.

Los diferentes tipos de memoria en un smartphone

Cuando hablamos de terminales móviles, una de las confusiones más comunes que se tienen sobre su tecnología está relacionada con la memoria. Tendemos a confundir la memoria RAM con la memoria de almacenamiento, cuando se trata de dos memorias muy diferentes.

La RAM es de tipo volátil. Si se quita la batería al móvil, el contenido de la memoria desaparece. La cantidad varía de 1 GB a 4 GB por lo general. La memoria de almacenamiento es donde está instalado el sistema operativo iOS, Android o el que corresponda, junto con las apps que instalemos y los datos, tales como fotos, documentos, música o vídeos. Esta memoria suele tener una capacidad entre 8 y 64 GB, aunque puede haber terminales con 4 GB o 128 GB y hasta 256 GB.

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La memoria extraíble, en la mayor parte de los casos instalada en forma de tarjetas microSD, es no volátil, como la de almacenamiento, pero no es tan rápida y no siempre es posible usarla para instalar aplicaciones.

La memoria RAM está integrada en el procesador, o soldada en forma de sándwich sobre él, de modo que no ocupe espacio adicional. Por su parte, la memoria para almacenamiento está ubicada en un chip diferente de la placa, ocupando su propio espacio.

Batería, el componente menos digital del móvil

La batería es un componente muy peculiar en un smartphone. Es analógico, usa tecnologías químicas para generar energía. Se calienta, se degrada y hasta puede explotar. Con todo, es necesaria y poco a poco se van mejorando.

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No tanto en capacidad, que sigue siendo un cuello de botella, sino también en velocidad de carga. Las tecnologías más recientes permiten cargar una batería al 80% solo en 35 minutos. Ahora bien, para que esto sea posible se necesita un cargador capaz de ofrecer tensiones de 5V y 9V. Además, se precisa la electrónica adecuada en el smartphone para cambiar de una a otra dependiendo del estado de la batería.

El mayor enemigo de una batería es el calor. Un “calentón” puede reducir la vida útil de la batería significativamente. Además, hay algunas leyendas urbanas sobre la batería que conviene aclarar. No es malo no cargar la batería al máximo siempre, ni es necesario que se descargue completamente. Todo lo contrario: descargar por completo una batería de Iones de Litio no es recomendable. Puedes cargar el móvil cuando desees y puedas, por decirlo de un modo resumido.

La cámara, el componente más usado

Las cámaras en los móviles suelen ser dos: la frontal y la trasera. Recientemente han empezado a ponerse de moda configuraciones de doble cámara en dos modalidades diferentes. En las dobles cámaras reales, una hace fotos con un angular y otra las hace con otro. En las dobles cámaras “combinadas”, la segunda cámara se usa para recopilar información “extra”. Esta información puede ser sobre distancia de los objetos a la cámara o sobre la luz de la escena. Posteriormente, con esta información, se generan efectos de desenfoque o se mejora el nivel de detalle de las fotos capturadas.

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El Huawei P9 es un ejemplo de esta segunda aproximación, mientras que el LG G5 lo es de la primera. Las imagen muestra los tres módulos de imagen del LG G5 en el despiece de iFixit.

Las cámaras se caracterizan por el número de píxeles de su sensor, así como su tamaño y la luminosidad de la óptica. El número de píxeles suele ser de 12 Mpx o 16 Mpx para la cámara trasera, y de 5 Mpx u 8 Mpx  para la frontal. El tamaño del sensor, cuanto mayor sea, mejor. Lo habitual es tener sensores de 1/2.6 ‘’ o 1/2.3’’. Y para la luminosidad, mejor cuanto más luz llegue al sensor. Una apertura de F1.7 es excelente. Pero F2.4 empieza a ser una apertura modesta. A menor número F, más luz tendremos en el sensor.

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Las ´cámaras suelen venir en forma de módulos que se acoplan en la placa base del móvil. Los datos capturados por el sensor, van al procesador donde, dependiendo del modelo, estará el ISP (Image Signal Processing). Si no hay ISP, es el propio procesador el que se encarga de la tarea de convertirlos en imágenes o vídeos.

A pesar de su aparente simplicidad, las cámaras son componentes sumamente complejos. En los modelos más avanzados integran estabilización óptica dentro del propio módulo, por ejemplo. Gran parte de la usabilidad de la cámara depende del procesador de imagen y su capacidad para manejar la información del sensor. En algunos casos, incluso puede trabajar con archivos RAW como hacen las cámaras profesionales. Y con controles manuales para la ISO o el tiempo de exposición.

Y además…

Además de los componentes anteriores, en los móviles podemos encontrar otros elementos que pueden pasar desapercibidos. Especialmente los de tipo biométrico y en particular el lector de huella dactilar. Este componente se está popularizando en todas las gamas de terminales, desde los de gama alta, hasta los de gamas medias y bajas.

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Es un elemento bastante simple en cuanto a concepto, pero complejo en su realización. Puede estar en la parte trasera del móvil o en la delantera en la parte central inferior de la pantalla y permite leer las huellas dactilares y reconocer nuestro patrón único para acceder al sistema. En la foto de rayos X por gentileza de ifixit lo vemos justo en la parte central con una matriz de puntos dentro de un círculo.

El reconocimiento de rostros es otro elemento biométrico que empieza a verse en algunos terminales, como el Microsoft Lumia 950XL o el Samsung Galaxy Note 7, que todo apunta a que usará este tipo de autenticación. Precisa de iluminación infrarroja y un sistema de análisis de imagen rápido y preciso.

Los altavoces son otra constante, aunque no siempre tendremos configuraciones estéreo en los terminales. La salida de auriculares es otro elemento habitual, aunque Apple parece que quiere librarse de ella en sus próximos terminales. Y, por supuesto, está el conector de datos y alimentación. Será de tipo Lightning para Apple, micro USB para la mayoría de los terminales, y USB-C para los más nuevos. USB-C es óptimo en muchos aspectos, y lo lógico y deseable es que vaya sustituyendo al micro USB paulatinamente.

Una maquinaria de precisión

Un smartphone es una máquina de precisión donde el espacio interior está aprovechado al máximo. Literalmente no cabe ni un alfiler, especialmente en los terminales de gamas más altas. No es fácil concentrar la potencia de procesamiento de un portátil de hace unos años en un espacio tan reducido. Hay que manejar tanto diseño industrial como termodinámica y, por supuesto, electrónica.

Esperamos que ya no veas el smartphone únicamente como una caja con una pantalla, Y que entiendas algo mejor su funcionamiento. Y si, después de ver sus tripas, te apetece adquirir cualquiera de estos tres terminales, aquí puedes hacerlo.