Новые беспроводные системы 5G предназначены для поддержки сетей с высокой пропускной способностью и малой задержкой, соединяющих все, от автономных роботов до беспилотных автомобилей. Но эти большие и сложные сети связи несут в себе и новые проблемы с безопасностью.
Методы шифрования, которые сейчас используются для защиты связи от перехватчиков, могут быть сложными для масштабирования/ Это связано с тем, что сама природа шифрования требует обмена информацией между отправителем и получателем для шифрования и дешифрования сообщения. Этот обмен делает ссылку уязвимой для атак; это также требует вычислений, увеличивающих задержку. Задержка, время между отправкой инструкций по сети и прибытием данных, является ключевым показателем для таких задач, как автономное вождение и промышленная автоматизация.
Стремясь устранить этот пробел в безопасности, исследователи Принстонского университета разработали методологию, которая объединяет безопасность и физическую природу сигнала.
В отчете, опубликованном 22 ноября в Nature Electronics , исследователи описывают, как они разработали новый беспроводной микрочип миллиметрового диапазона, который позволяет защищать беспроводную передачу и предотвращать перехват без снижения задержки, эффективности и скорости сети 5G.
По словам старшего исследователя Каушика Сенгупты, этот метод должен сделать очень сложным перехват таких высокочастотных беспроводных передач, даже если несколько злоумышленников вступают в сговор.
«Мы живем в новую эру беспроводной связи — сети будущего будут становиться все более сложными, обслуживая большой набор различных приложений, требующих совершенно разных функций», — сказал Сенгупта. «Подумайте об интеллектуальных датчиках с низким энергопотреблением в вашем доме или в промышленности, дополненной реальности или виртуальной реальности с высокой пропускной способностью, а также в беспилотных автомобилях. «
Чтобы объяснить новый метод, можно попробовать представить беспроводные передачи, исходящие от множества антенн. При использовании одной антенны радиоволны излучаются волной. Когда несколько антенн работают как решетка, эти волны интерферируют друг с другом, как волны воды в пруду. Интерференция увеличивает размер одних гребней и сглаживает другие.
Решетка антенн может использовать эту помеху для направления передачи по заданному пути. Но кроме основной передачи есть второстепенные пути. Эти вторичные пути слабее, чем основная передача, но в типичной системе они содержат тот же самый сигнал, что и основной путь. Перекрывая эти пути, потенциальные перехватчики могут нарушить передачу.
Команда Сенгупты поняла, что они могут помешать перехватчикам, сделав сигнал в месте нахождения подслушивающих почти как шум. Они делают это, случайным образом разбивая сообщение и назначая различные части сообщения подмножествам антенн в массиве. Исследователи смогли скоординировать передачу так, чтобы только приемник в намеченном направлении мог собрать сигнал в правильном порядке. Повсюду нарезанные сигналы приходят как шум.
Сенгупта сравнил эту технику с разбивкой музыкального произведения в концертном зале.
Исследователи создали систему в микросхеме, которую можно изготовить в стандартном цехе для производства микросхем. Предоставлено: Принстонский университет.
«Представьте себе в концертном зале при исполнении симфонии № 9 Бетховена — каждый инструмент вместо того, чтобы играть все ноты пьесы, решает сыграть случайно выбранные ноты. Они играют эти ноты в правильное время и хранят молчание между ними, так что каждая нота в оригинальной пьесе воспроизводится, по крайней мере, каким-либо инструментом. Поскольку звуковые волны, несущие эти ноты от всех инструментов, проходят через зал в определенное место, они могут приходить точно в нужном направлении. Сидящий слушатель будет наслаждаться оригинальным произведением, как будто ничего не изменилось. Все остальные слышали бы шум пропущенных нот, приходящих в случайное время,. Это, в принципе, секрет безопасности передачи, обеспечиваемый точной пространственной и временной модуляцией этих высокочастотных электромагнитных полей ».
«Мы впервые показали, что можно вшить несколько шумоподобных сигнатур в исходный сигнал, сговорившись со злоумышленниками, и мы также показали методы, как передатчик может их обмануть. «.
Команда создала всю сквозную систему в кремниевом чипе, который изготавливается стандартным методом с использованием кремния.
Дополнительная информация: Суреш Венкатеш и др., Безопасные пространственно-временные беспроводные каналы миллиметрового диапазона, устойчивые к атакам с распределенным подслушиванием, Nature Electronics (2021 г.). DOI: 10.1038 / s41928-021-00664-z
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК