Satellietinternet wordt een belangrijk onderdeel van China's “nieuwe infrastructuur” en de ontwikkeling ervan gaat steeds sneller. Het biedt enorme mogelijkheden op gebieden als militair-civiele integratie, wereldwijde dekking en noodcommunicatie. De brede verspreiding van satellietknooppunten, open communicatieverbindingen en complexe inzetomgevingen maken het internet echter kwetsbaar voor grote veiligheidsrisico's, zoals identiteitsvervalsing, gegevensdiefstal, signaalinterferentie en aanvallen met foutinjectie. In deze context bepalen RF-chips, als kerncomponenten van satellietcommunicatiesystemen, rechtstreeks de betrouwbaarheid van de gehele communicatieverbinding.

Gebaseerd op de kernideeën van het document “Ontwerp van beveiligingschips voor satellietinternet”.” en de kritieke rol die RF-chips spelen in satellietcommunicatie, wordt in dit artikel een ontwerp voor een RF-chiparchitectuur voorgesteld die beveiligingsmechanismen integreert om de veiligheid van de terminal en de betrouwbaarheid van satellietinternetverbindingen te verbeteren.

1. Veiligheidsuitdagingen van satellietinternet en de rol van RF-chips

Satellietinternet, dat wordt gerealiseerd via LEO-satellieten (Low Earth Orbit), biedt wereldwijde dekking, met terminals die in verschillende scenario's worden ingezet, waaronder grondstations, voertuigen, schepen en vliegtuigen. RF-chips behandelen de transmissie en ontvangst van signalen en dienen als de “eerste verdedigingslinie” in de communicatieverbinding, waardoor ze het meest gevoelig zijn voor aanvallen van de fysieke laag. Traditionele RF-chips richten zich op signaalmodulatie, -demodulatie en -frequentieaanpassing en missen beveiligingsmechanismen voor identiteitsverificatie, antivervalsing en aanvalsbestendigheid, waardoor ze openstaan voor potentiële aanvallen.

Om dit aan te pakken is de integratie van beveiligingsmodules in RF-chips om “communicatie als beveiliging” te realiseren cruciaal voor het bouwen van een end-to-end beveiligd satellietnetwerk.

2. Ontwerp van RF-chiparchitectuur met verhoogde beveiliging

In dit document wordt voorgesteld om een beveiligingssubsysteem in de RF-chip in te bouwen, dat bestaat uit:

2.1 Module voor fysieke niet-klikbare functie (PUF)

Door gebruik te maken van procesvariaties in chipfabricage integreert de RF-chip SRAM-gebaseerde PUF-eenheden om een unieke apparaatidentificatie te genereren. Deze identificatie kan worden gebruikt voor apparaatverificatie, sleutelafleiding en het voorkomen van klonen en spoofen.

2.2 Hardwareversnelling van nationale cryptografiealgoritmen

De integratie van nationale versleutelingsalgoritmen zoals SM2, SM3 en SM4 voor realtime versleuteling, ontsleuteling en integriteitsverificatie van communicatiegegevens garandeert de vertrouwelijkheid en authenticiteit van gegevens tijdens draadloze overdracht.

2.3 Fault Attack Weerstandsmechanisme

Om contactloze aanvallen zoals elektromagnetische en laserinterferentie tegen te gaan, is in de chip een circuit ingebouwd dat de toestand van de machine in meerdere regio's bewaakt. Zodra er abnormale toestandsovergangen worden gedetecteerd, wordt er een alarm geactiveerd en schakelt de chip over naar een beveiligde modus om het lekken van sleutels of geknoei met programma's te voorkomen.

2.4 Beveiligde interface en permissie-isolatie

Er is een speciale beveiligde interface ontworpen om de PUF-uitvoer direct naar de versleutelingsmodule te leiden, waardoor betrokkenheid van de CPU wordt voorkomen en toegang door kwaadwillende software wordt vermeden. Daarnaast is Flash-opslag gepartitioneerd om isolatie tussen beveiligde en gebruikersprogramma's te garanderen.

3. Samenwerkingsmechanisme tussen RF-chips en beveiligingschips

In satellietterminals werken RF-chips en beveiligingschips niet afzonderlijk, maar samen om “signaalbeveiliging” te integreren.”

De RF-chip zorgt voor de transmissie en ontvangst van draadloze signalen en de voorafgaande verwerking.

De beveiligingschip beheert identiteitsverificatie, sleutelbeheer en gegevensversleuteling.

De twee zijn met elkaar verbonden via een interne bus of een speciale beveiligde interface, wat zorgt voor een naadloze coördinatie tussen “RF-basisband-security” op drie niveaus.

Dankzij dit ontwerp kan de RF-chip vervalste apparaten en signalen herkennen en blokkeren, wat de algehele robuustheid van het systeem verbetert.

4. Experimentele verificatie en toepassingsmogelijkheden

Het voorgestelde ontwerp is gevalideerd op een FPGA-platform, met de volgende resultaten:

De PUF-module vertoont een goede willekeur en uniekheid en voldoet aan de vereisten voor apparaatidentiteit.

Het foutdetectiecircuit kan effectief elektromagnetische en laserinjectieaanvallen identificeren, met een responstijd in het microsecondenbereik.

Na integratie van de beveiligingsmodule heeft de RF-chip nog steeds een laag energieverbruik en een lage latentie, waardoor hij geschikt is voor satellietterminalapparaten.

Naarmate satellietinternet integreert met 5G/6G-netwerken en zich ontwikkelt tot een verenigd ruimte-grondnetwerk, zullen de veiligheidsprestaties van RF-chips een kritieke maatstaf worden om te bepalen of eindapparaten aan de normen voldoen.

5. Conclusie

Voortbouwend op traditionele ontwerpen voor beveiligingschips, stelt dit document voor om beveiligingsmechanismen naar het RF-chipniveau te verplaatsen, waardoor een “geïntegreerde RF-beveiligings”-terminalarchitectuur ontstaat. Door de integratie van PUF, nationale cryptografiealgoritmen en modules die bestand zijn tegen foutaanvallen, verwerken RF-chips niet alleen signalen, maar worden ze ook de eerste verdedigingslinie in de beveiliging van satellietinternet. Dit ontwerpconcept biedt een waardevol inzicht in de toekomstige ontwikkeling van kleine, goed beveiligde en goedkope satellietcommunicatieapparaten.