مع تحول الإنترنت عبر الأقمار الصناعية إلى جزء أساسي من “البنية التحتية الجديدة” في الصين، يتسارع تطورها، مما يدل على إمكانات هائلة في مجالات مثل التكامل العسكري - المدني، والتغطية العالمية، والاتصالات في حالات الطوارئ. ومع ذلك، فإن التوزيع الواسع لعقد الأقمار الصناعية، وروابط الاتصال المفتوحة، وبيئات النشر المعقدة، يجعلها عرضة لتهديدات أمنية كبيرة، مثل انتحال الهوية، وسرقة البيانات، وتشويش الإشارة، وهجمات حقن الأعطال. في هذا السياق، تحدد رقائق الترددات اللاسلكية، باعتبارها المكونات الأساسية لأنظمة الاتصالات الساتلية، بشكل مباشر مدى موثوقية رابط الاتصال بأكمله.

بناءً على الأفكار الأساسية للورقة البحثية “تصميم رقاقة الأمان للإنترنت عبر الأقمار الصناعية” والدور الحاسم الذي تلعبه رقاقات الترددات اللاسلكية في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية، تقترح هذه المقالة تصميمًا لهيكلية رقاقة الترددات اللاسلكية التي تدمج آليات الأمان لتعزيز أمن المحطات الطرفية وموثوقية روابط الإنترنت عبر الأقمار الصناعية.

1. التحديات الأمنية للإنترنت عبر الأقمار الصناعية ودور رقائق الترددات اللاسلكية

توفر شبكة الإنترنت عبر الأقمار الصناعية، التي يتم تحقيقها من خلال الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض (LEO)، تغطية عالمية، مع نشر المحطات الطرفية في سيناريوهات مختلفة بما في ذلك المحطات الأرضية والمركبات والسفن والطائرات. تتعامل رقائق الترددات اللاسلكية مع إرسال واستقبال الإشارات وتعمل بمثابة “خط الدفاع الأول” في وصلة الاتصالات، مما يجعلها الأكثر عرضة لهجمات الطبقة المادية. تركز رقاقات الترددات اللاسلكية التقليدية على تعديل الإشارات وإزالة التشكيل وتكييف التردد، وتفتقر إلى آليات الأمان لمصادقة الهوية ومكافحة التزييف ومقاومة الهجمات، مما يجعلها عرضة للهجمات المحتملة.

ولمعالجة هذا الأمر، فإن دمج وحدات الأمان في رقائق الترددات اللاسلكية لتحقيق “الاتصال كأمان” أمر بالغ الأهمية لبناء شبكة ساتلية آمنة من البداية إلى النهاية.

2. تصميم بنية رقاقة الترددات اللاسلكية المحسّنة للأمان

تقترح هذه الورقة تضمين نظام أمني فرعي داخل شريحة التردد اللاسلكي يتضمن

2.1 وحدة الدالة الفيزيائية غير القابلة للاستبدال (PUF)

بالاستفادة من اختلافات العملية في تصنيع الرقاقة، تدمج رقاقة التردد اللاسلكي وحدات PUF القائمة على SRAM لإنشاء معرّف جهاز فريد من نوعه. يمكن استخدام هذا المعرّف لمصادقة الجهاز، واشتقاق المفاتيح، ومنع استنساخ الجهاز وانتحال هويته.

2.2 تسريع الأجهزة لخوارزميات التشفير الوطنية

إن دمج خوارزميات التشفير الوطنية مثل SM2 و SM3 و SM4 للتشفير وفك التشفير والتحقق من سلامة بيانات الاتصال في الوقت الحقيقي يضمن سرية البيانات وموثوقيتها أثناء الإرسال اللاسلكي.

3.2.3 آلية مقاومة هجوم الخطأ

لمواجهة الهجمات غير التلامسية مثل التداخل الكهرومغناطيسي والليزر، يتم تضمين دائرة مراقبة آلة الحالة متعددة المناطق داخل الشريحة. وبمجرد اكتشاف انتقالات غير طبيعية للحالة، فإنها تطلق إنذاراً وتدخل في وضع آمن لمنع تسرب المفاتيح أو التلاعب بالبرامج.

2.4 الواجهة الآمنة وعزل الأذونات

تم تصميم واجهة آمنة مخصصة لتغذية مخرجات PUF مباشرةً في وحدة التشفير، مما يمنع تدخل وحدة المعالجة المركزية وتجنب الوصول على مستوى البرامج الضارة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تقسيم تخزين الفلاش لضمان العزل بين البرامج الآمنة وبرامج المستخدم.

3. الآلية التعاونية بين رقائق الترددات اللاسلكية والرقاقات الأمنية

في المحطات الطرفية للأقمار الصناعية، لا تعمل رقائق الترددات اللاسلكية ورقاقات الأمان بمعزل عن بعضها البعض؛ بل تعمل معًا لدمج “أمن الإشارة”.”

تتعامل شريحة التردد اللاسلكي مع إرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية والمعالجة الأولية.

تقوم شريحة الأمان بإدارة مصادقة الهوية وإدارة المفاتيح وتشفير البيانات.

يتم توصيل الاثنين من خلال ناقل داخلي أو واجهة آمنة مخصصة، مما يضمن التنسيق السلس بين “الترددات اللاسلكية-القاعدة-الأمن” على ثلاثة مستويات.

يسمح هذا التصميم لرقاقة التردد اللاسلكي بالتعرف على الأجهزة والإشارات المزيفة وحجبها، مما يعزز المتانة الكلية للنظام.

4. التحقق التجريبي وآفاق التطبيق

تم التحقق من صحة التصميم المقترح على منصة FPGA، مع النتائج التالية:

تُظهر وحدة PUF عشوائية وتفرداً جيدين، مما يلبي متطلبات هوية الجهاز.

يمكن لدائرة الكشف عن الأعطال تحديد هجمات الحقن الكهرومغناطيسي والليزر بفعالية، مع زمن استجابة في نطاق الميكروثانية.

بعد دمج وحدة الأمان، لا تزال رقاقة التردد اللاسلكي تحافظ على استهلاك منخفض للطاقة ووقت استجابة منخفض، مما يجعلها مناسبة للأجهزة الطرفية الساتلية.

وبالنظر إلى المستقبل، ومع تكامل الإنترنت عبر الأقمار الصناعية مع شبكات الجيل الخامس/الجيل السادس 5G/6G وتطورها إلى شبكة فضائية أرضية موحدة، سيصبح الأداء الأمني لشرائح الترددات اللاسلكية مقياساً حاسماً لتحديد ما إذا كانت الأجهزة الطرفية تفي بالمعايير.

5. الخاتمة

بناءً على تصاميم رقاقات الأمن التقليدية، تقترح هذه الورقة البحثية نقل آليات الأمن إلى مستوى رقاقة التردد اللاسلكي، مما يخلق بنية طرفية “متكاملة لأمن التردد اللاسلكي”. من خلال دمج PUF، وخوارزميات التشفير الوطنية، ووحدات مقاومة هجوم الأعطال، لا تقوم رقاقات التردد اللاسلكي بمعالجة الإشارات فحسب، بل تصبح أيضاً خط الدفاع الأول في أمن الإنترنت عبر الأقمار الصناعية. يقدم مفهوم التصميم هذا رؤية قيّمة للتطوير المستقبلي لأجهزة اتصالات ساتلية صغيرة وعالية الأمان ومنخفضة التكلفة.