À medida que a Internet por satélite se torna uma parte essencial da “Nova Infraestrutura” da China, o seu desenvolvimento está a acelerar, demonstrando um imenso potencial em áreas como a integração militar-civil, a cobertura global e as comunicações de emergência. No entanto, a ampla distribuição de nós de satélite, as ligações de comunicação abertas e os ambientes de implantação complexos tornam-na vulnerável a ameaças de segurança significativas, como a falsificação de identidade, o roubo de dados, a interferência de sinais e os ataques de injeção de falhas. Neste contexto, os chips de RF, enquanto componentes centrais dos sistemas de comunicação por satélite, determinam diretamente a fiabilidade de toda a ligação de comunicação.

Com base nas ideias centrais do documento “Conceção de chips de segurança para a Internet por satélite” e o papel crítico que os chips de RF desempenham nas comunicações por satélite, este artigo propõe um projeto de arquitetura de chip de RF que integra mecanismos de segurança para melhorar a segurança dos terminais e a fiabilidade das ligações Internet por satélite.

1. Desafios de segurança da Internet por satélite e o papel dos chips de RF

A Internet por satélite, obtida através de satélites de órbita terrestre baixa (LEO), proporciona uma cobertura global, com terminais implantados em vários cenários, incluindo estações terrestres, veículos, navios e aeronaves. Os chips de RF tratam da transmissão e receção de sinais e funcionam como a “primeira linha de defesa” na ligação de comunicação, o que os torna mais susceptíveis a ataques à camada física. Os chips RF tradicionais centram-se na modulação, desmodulação e adaptação de frequências do sinal, não possuindo mecanismos de segurança para autenticação de identidade, anti-falsificação e resistência a ataques, o que os deixa abertos a potenciais ataques.

Para resolver este problema, a integração de módulos de segurança em circuitos integrados de radiofrequência para obter “comunicação como segurança” é crucial para a construção de uma rede de satélites segura de ponta a ponta.

2. Conceção da arquitetura de chips de RF com segurança reforçada

Este documento propõe a incorporação de um subsistema de segurança no chip RF, que inclui:

2.1 Módulo de função física não clonável (PUF)

Aproveitando as variações de processo no fabrico de chips, o chip RF integra unidades PUF baseadas em SRAM para gerar um identificador de dispositivo único. Este identificador pode ser utilizado para autenticação de dispositivos, derivação de chaves e prevenção de clonagem e falsificação de dispositivos.

2.2 Aceleração por hardware de algoritmos de criptografia nacionais

A integração de algoritmos de encriptação nacionais como SM2, SM3 e SM4 para encriptação, desencriptação e verificação da integridade dos dados de comunicação em tempo real garante a confidencialidade e a autenticidade dos dados durante a transmissão sem fios.

2.3 Mecanismo de resistência a ataques de falhas

Para contrariar ataques sem contacto, como interferências electromagnéticas e laser, está incorporado no chip um circuito de monitorização da máquina de estado multi-região. Quando são detectadas transições de estado anormais, dispara um alarme e entra num modo seguro para evitar a fuga de chaves ou a adulteração de programas.

2.4 Interface segura e isolamento de permissões

Foi concebida uma interface segura dedicada para alimentar diretamente a saída da PUF no módulo de encriptação, impedindo o envolvimento da CPU e evitando o acesso a software malicioso. Além disso, o armazenamento Flash está dividido para garantir o isolamento entre os programas seguros e os programas do utilizador.

3. Mecanismo de colaboração entre pastilhas de RF e pastilhas de segurança

Nos terminais de satélite, os chips de RF e os chips de segurança não funcionam isoladamente; em vez disso, trabalham em conjunto para integrar a “segurança do sinal”.”

O chip RF trata da transmissão e receção de sinais sem fios e do processamento preliminar.

O chip de segurança gere a autenticação da identidade, a gestão de chaves e a encriptação de dados.

Os dois estão ligados através de um bus interno ou de uma interface segura dedicada, assegurando uma coordenação perfeita entre “RF-base-segurança” a três níveis.

Esta conceção permite que o chip RF reconheça e bloqueie dispositivos e sinais falsificados, aumentando a robustez global do sistema.

4. Verificação experimental e perspectivas de aplicação

O projeto proposto foi validado numa plataforma FPGA, com os seguintes resultados:

O módulo PUF apresenta uma boa aleatoriedade e exclusividade, satisfazendo os requisitos de identidade do dispositivo.

O circuito de deteção de falhas pode identificar eficazmente ataques electromagnéticos e de injeção de laser, com um tempo de resposta na ordem dos microssegundos.

Depois de integrar o módulo de segurança, o chip RF mantém um baixo consumo de energia e latência, tornando-o adequado para dispositivos terminais de satélite.

Olhando para o futuro, à medida que a Internet por satélite se integra com as redes 5G/6G e se desenvolve numa rede unificada espaço-terra, o desempenho de segurança dos chips RF tornar-se-á uma métrica crítica para determinar se os dispositivos terminais cumprem as normas.

5. Conclusão

Com base nas concepções tradicionais de chips de segurança, este documento propõe que os mecanismos de segurança sejam transferidos para o nível do chip de RF, criando uma arquitetura de terminal “RF-segurança integrada”. Ao integrar PUF, algoritmos de criptografia nacionais e módulos de resistência a ataques de falhas, os chips RF não só processam sinais como também se tornam a primeira linha de defesa na segurança da Internet via satélite. Este conceito de conceção oferece uma visão valiosa para o futuro desenvolvimento de pequenos dispositivos de comunicação por satélite de alta segurança e baixo custo.