Karena internet satelit menjadi bagian penting dari “Infrastruktur Baru” Tiongkok, perkembangannya semakin cepat, menunjukkan potensi yang sangat besar di berbagai bidang seperti integrasi militer-sipil, cakupan global, dan komunikasi darurat. Namun, penyebaran node satelit yang luas, tautan komunikasi terbuka, dan lingkungan penyebaran yang kompleks membuatnya rentan terhadap ancaman keamanan yang signifikan, seperti pemalsuan identitas, pencurian data, gangguan sinyal, dan serangan injeksi kesalahan. Dalam konteks ini, chip RF, sebagai komponen inti dari sistem komunikasi satelit, secara langsung menentukan kepercayaan dari seluruh sambungan komunikasi.

Berdasarkan gagasan inti dari makalah ini “Desain Chip Keamanan untuk Internet Satelit” dan peran penting yang dimainkan oleh chip RF dalam komunikasi satelit, artikel ini mengusulkan sebuah desain untuk arsitektur chip RF yang mengintegrasikan mekanisme keamanan untuk meningkatkan keamanan terminal dan kepercayaan sambungan internet satelit.

1. Tantangan Keamanan Internet Satelit dan Peran Chip RF

Internet satelit, yang dicapai melalui satelit Low Earth Orbit (LEO), menyediakan cakupan global, dengan terminal yang digunakan dalam berbagai skenario termasuk stasiun bumi, kendaraan, kapal laut, dan pesawat terbang. Chip RF menangani transmisi dan penerimaan sinyal dan berfungsi sebagai “garis pertahanan pertama” dalam hubungan komunikasi, menjadikannya yang paling rentan terhadap serangan lapisan fisik. Chip RF tradisional berfokus pada modulasi sinyal, demodulasi, dan adaptasi frekuensi, tidak memiliki mekanisme keamanan untuk otentikasi identitas, anti-pemalsuan, dan ketahanan terhadap serangan, sehingga membuat mereka terbuka terhadap potensi serangan.

Untuk mengatasi hal ini, mengintegrasikan modul keamanan dalam chip RF untuk mencapai “komunikasi sebagai keamanan” sangat penting untuk membangun jaringan satelit yang aman secara menyeluruh.

2. Desain Arsitektur Chip RF yang Ditingkatkan Keamanannya

Makalah ini mengusulkan penyematan subsistem keamanan di dalam chip RF, yang meliputi:

2.1 Modul Fungsi Fisik yang Tidak Dapat Ditiru (PUF)

Memanfaatkan variasi proses dalam pembuatan chip, chip RF mengintegrasikan unit PUF berbasis SRAM untuk menghasilkan pengenal perangkat yang unik. Pengenal ini dapat digunakan untuk autentikasi perangkat, derivasi kunci, dan mencegah kloning dan spoofing perangkat.

2.2 Akselerasi Perangkat Keras Algoritma Kriptografi Nasional

Mengintegrasikan algoritme enkripsi nasional seperti SM2, SM3, dan SM4 untuk enkripsi, dekripsi, dan verifikasi integritas data komunikasi secara real-time untuk memastikan kerahasiaan dan keaslian data selama transmisi nirkabel.

2.3 Mekanisme Resistensi Serangan Kesalahan

Untuk melawan serangan non-kontak seperti interferensi elektromagnetik dan laser, sirkuit pemantauan mesin status multi-wilayah tertanam di dalam chip. Setelah transisi keadaan abnormal terdeteksi, ini memicu alarm dan memasuki mode aman untuk mencegah kebocoran kunci atau perusakan program.

2.4 Antarmuka yang Aman dan Isolasi Izin

Antarmuka aman khusus dirancang untuk secara langsung memasukkan output PUF ke dalam modul enkripsi, mencegah keterlibatan CPU dan menghindari akses tingkat perangkat lunak berbahaya. Selain itu, penyimpanan Flash dipartisi untuk memastikan isolasi antara program yang aman dan program pengguna.

3. Mekanisme Kolaborasi Antara Chip RF dan Chip Keamanan

Pada terminal satelit, chip RF dan chip keamanan tidak beroperasi secara terpisah; sebaliknya, keduanya bekerja sama untuk mengintegrasikan “keamanan sinyal”.”

Chip RF menangani transmisi dan penerimaan sinyal nirkabel serta pemrosesan awal.

Chip keamanan mengelola otentikasi identitas, manajemen kunci, dan enkripsi data.

Keduanya terhubung melalui bus internal atau antarmuka aman khusus, memastikan koordinasi yang mulus antara “RF-baseband-keamanan” pada tiga tingkat.

Desain ini memungkinkan chip RF mengenali dan memblokir perangkat dan sinyal palsu, sehingga meningkatkan ketahanan sistem secara keseluruhan.

4. Verifikasi Eksperimental dan Prospek Aplikasi

Desain yang diusulkan telah divalidasi pada platform FPGA, dengan hasil sebagai berikut:

Modul PUF menunjukkan keacakan dan keunikan yang baik, memenuhi persyaratan untuk identitas perangkat.

Rangkaian pendeteksian kesalahan dapat secara efektif mengidentifikasi serangan elektromagnetik dan injeksi laser, dengan waktu respons dalam kisaran mikrodetik.

Setelah mengintegrasikan modul keamanan, chip RF tetap mempertahankan konsumsi daya dan latensi yang rendah, sehingga cocok untuk perangkat terminal satelit.

Ke depannya, ketika internet satelit berintegrasi dengan jaringan 5G/6G dan berkembang menjadi jaringan ruang angkasa yang terpadu, kinerja keamanan chip RF akan menjadi metrik penting untuk menentukan apakah perangkat terminal memenuhi standar.

5. Kesimpulan

Berdasarkan desain chip keamanan tradisional, makalah ini mengusulkan untuk memindahkan mekanisme keamanan ke tingkat chip RF, menciptakan arsitektur terminal “RF-security integrated”. Dengan mengintegrasikan PUF, algoritma kriptografi nasional, dan modul resistensi serangan kesalahan, chip RF tidak hanya memproses sinyal tetapi juga menjadi garis pertahanan pertama dalam keamanan internet satelit. Konsep desain ini menawarkan wawasan yang berharga dalam pengembangan masa depan perangkat komunikasi satelit yang kecil, berkeamanan tinggi, dan berbiaya rendah.