با تبدیل شدن اینترنت ماهواره‌ای به بخشی کلیدی از “زیرساخت جدید” چین، توسعه آن در حال تسریع است و پتانسیل عظیمی را در حوزه‌هایی مانند یکپارچگی نظامی-ملکی، پوشش جهانی و ارتباطات اضطراری نشان می‌دهد. با این حال، توزیع گسترده گره‌های ماهواره‌ای، لینک‌های ارتباطی باز و محیط‌های استقرار پیچیده، آن را در برابر تهدیدات امنیتی قابل توجهی مانند جعل هویت، سرقت داده، تداخل سیگنال و حملات تزریق خطا آسیب‌پذیر می‌سازد. در این زمینه، چیپ‌های RF به عنوان اجزای اصلی سیستم‌های ارتباط ماهواره‌ای، به طور مستقیم قابلیت اطمینان کل لینک ارتباطی را تعیین می‌کنند.

بر اساس ایده‌های اصلی مقاله “طراحی تراشه امنیتی برای اینترنت ماهواره‌ای” با توجه به نقش حیاتی تراشه‌های RF در ارتباطات ماهواره‌ای، این مقاله طرحی برای معماری تراشه RF پیشنهاد می‌کند که مکانیزم‌های امنیتی را برای ارتقای امنیت ترمینال و قابلیت اطمینان لینک‌های اینترنت ماهواره‌ای یکپارچه می‌سازد.

چالش‌های امنیتی اینترنت ماهواره‌ای و نقش چیپ‌های RF

اینترنت ماهواره‌ای که از طریق ماهواره‌های مدار پایین زمین (LEO) محقق می‌شود، پوشش جهانی را فراهم می‌کند و ترمینال‌هایی در سناریوهای مختلف از جمله ایستگاه‌های زمینی، وسایل نقلیه، کشتی‌ها و هواپیماها مستقر می‌شوند. تراشه‌های RF مسئول ارسال و دریافت سیگنال‌ها هستند و به عنوان “اولین خط دفاعی” در لینک ارتباطی عمل می‌کنند، که این امر آن‌ها را به آسیب‌پذیرترین بخش در برابر حملات لایه فیزیکی تبدیل می‌کند. چیپ‌های RF سنتی بر مدولاسیون، دمدولاسیون و تطبیق فرکانس سیگنال متمرکز هستند و فاقد مکانیزم‌های امنیتی برای احراز هویت، مبارزه با جعل و مقاومت در برابر حملات هستند، و در نتیجه در برابر حملات احتمالی آسیب‌پذیر می‌باشند.

برای رسیدگی به این موضوع، ادغام ماژول‌های امنیتی در تراشه‌های RF به‌منظور تحقق “ارتباط به‌عنوان امنیت” برای ایجاد یک شبکه ماهواره‌ای امن از ابتدا تا انتها حیاتی است.

۲. طراحی معماری چیپ RF با امنیت تقویت‌شده

این مقاله جاسازی یک زیرسامانه امنیتی درون تراشه RF را پیشنهاد می‌کند که شامل موارد زیر است:

۲.۱ ماژول تابع فیزیکی غیرقابل شبیه‌سازی (PUF)

با بهره‌گیری از تغییرات فرآیند در ساخت تراشه، تراشه RF واحدهای PUF مبتنی بر SRAM را برای تولید یک شناسه دستگاه منحصربه‌فرد یکپارچه می‌کند. این شناسه می‌تواند برای احراز هویت دستگاه، استخراج کلید و جلوگیری از شبیه‌سازی و جعل دستگاه استفاده شود.

۲.۲ شتاب‌دهی سخت‌افزاری الگوریتم‌های رمزنگاری ملی

ادغام الگوریتم‌های رمزنگاری ملی مانند SM2، SM3 و SM4 برای رمزگذاری، رمزگشایی و تأیید یکپارچگی داده‌های ارتباطی به‌صورت بلادرنگ، محرمانگی و اصالت داده‌ها را در حین انتقال بی‌سیم تضمین می‌کند.

۲.۳ مکانیزم مقاومت در برابر حمله نقص

برای مقابله با حملات غیرتماسی مانند تداخل الکترومغناطیسی و لیزری، یک مدار نظارت بر ماشین حالت چندمنطقه‌ای درون تراشه تعبیه شده است. به محض تشخیص انتقال‌های غیرعادی حالت، هشدار صادر می‌کند و وارد حالت امن می‌شود تا از نشت کلید یا دستکاری برنامه جلوگیری کند.

۲.۴ رابط امن و جداسازی مجوزها

یک رابط امن اختصاصی طراحی شده است تا خروجی PUF را مستقیماً به ماژول رمزگذاری وارد کند، از دخالت CPU جلوگیری کرده و دسترسی مخرب در سطح نرم‌افزاری را مسدود سازد. علاوه بر این، حافظه فلش به بخش‌هایی تقسیم شده است تا جداسازی بین برنامه‌های امن و کاربر را تضمین کند.

۳. مکانیزم همکاری بین چیپ‌های RF و چیپ‌های امنیتی

در ترمینال‌های ماهواره‌ای، چیپ‌های RF و چیپ‌های امنیتی به‌طور جداگانه عمل نمی‌کنند؛ بلکه با همکاری یکدیگر “سیگنال-امنیت” را یکپارچه می‌سازند.”

چیپ RF مسئول ارسال و دریافت سیگنال‌های بی‌سیم و پردازش مقدماتی است.

چیپ امنیتی احراز هویت، مدیریت کلید و رمزنگاری داده‌ها را مدیریت می‌کند.

این دو از طریق یک باس داخلی یا رابط امن اختصاصی به هم متصل می‌شوند و هماهنگی یکپارچه بین “امنیت باند پایه RF” در سه سطح را تضمین می‌کنند.

این طراحی به چیپ RF امکان می‌دهد دستگاه‌ها و سیگنال‌های تقلبی را شناسایی و مسدود کند و استحکام کلی سیستم را افزایش دهد.

۴. تأیید تجربی و چشم‌اندازهای کاربردی

طراحی پیشنهادی بر روی یک پلتفرم FPGA اعتبارسنجی شده است، با نتایج زیر:

ماژول PUF تصادفی بودن و یکتایی خوبی را نشان می‌دهد و نیازمندی‌های هویت دستگاه را برآورده می‌کند.

مدار تشخیص خطا می‌تواند به‌طور مؤثر حملات تزریق الکترومغناطیسی و لیزری را با زمان پاسخ در محدوده میکروثانیه شناسایی کند.

پس از ادغام ماژول امنیتی، چیپ RF همچنان مصرف توان و تأخیر پایینی دارد که آن را برای دستگاه‌های ترمینال ماهواره‌ای مناسب می‌سازد.

با نگاه به آینده، با ادغام اینترنت ماهواره‌ای با شبکه‌های 5G/6G و توسعه آن به یک شبکه یکپارچه فضایی-زمینی، عملکرد امنیتی چیپ‌های RF به یک معیار حیاتی برای تعیین انطباق دستگاه‌های پایانه‌ای با استانداردها تبدیل خواهد شد.

۵. نتیجه‌گیری

با تکیه بر طراحی‌های سنتی تراشه‌های امنیتی، این مقاله پیشنهاد می‌کند سازوکارهای امنیتی را به سطح تراشه‌های RF منتقل کند و معماری ترمینال “یکپارچه امنیت RF” را ایجاد نماید. با ادغام PUF، الگوریتم‌های رمزنگاری ملی و ماژول‌های مقاوم در برابر حملات نقص، تراشه‌های RF نه تنها سیگنال‌ها را پردازش می‌کنند بلکه به اولین خط دفاعی در امنیت اینترنت ماهواره‌ای تبدیل می‌شوند. این مفهوم طراحی بینش ارزشمندی در مورد توسعه آینده دستگاه‌های کوچک، با امنیت بالا و کم‌هزینه ارتباطات ماهواره‌ای ارائه می‌دهد.