По мере того как спутниковый интернет становится ключевой частью “новой инфраструктуры” Китая, его развитие ускоряется, демонстрируя огромный потенциал в таких областях, как военно-гражданская интеграция, глобальное покрытие и экстренная связь. Однако широкое распространение спутниковых узлов, открытые каналы связи и сложные условия развертывания делают их уязвимыми для серьезных угроз безопасности, таких как подмена личности, кража данных, помехи сигналу и атаки с вводом ошибок. В этом контексте радиочастотные чипы, являющиеся основными компонентами систем спутниковой связи, напрямую определяют надежность всего канала связи.

Основываясь на основных идеях статьи “Разработка микросхем безопасности для спутникового интернета” В этой статье предлагается дизайн архитектуры радиочастотных чипов, который объединяет механизмы безопасности для повышения безопасности терминалов и надежности спутниковых интернет-каналов.

1. Проблемы безопасности спутникового Интернета и роль радиочастотных чипов

Спутниковый интернет, обеспечиваемый с помощью спутников на низкой околоземной орбите (LEO), обеспечивает глобальное покрытие, а терминалы размещаются в различных местах, включая наземные станции, транспортные средства, корабли и самолеты. Радиочастотные микросхемы обеспечивают передачу и прием сигналов и служат “первой линией обороны” в канале связи, что делает их наиболее восприимчивыми к атакам на физическом уровне. Традиционные радиочастотные чипы сосредоточены на модуляции, демодуляции и частотной адаптации сигнала, в них отсутствуют механизмы безопасности для аутентификации личности, защиты от подделок и атак, что делает их открытыми для потенциальных атак.

Для решения этой проблемы интеграция модулей безопасности в радиочастотные чипы для обеспечения “связи как безопасности” имеет решающее значение для создания сквозной безопасной спутниковой сети.

2. Проектирование архитектуры радиочастотного чипа с повышенной безопасностью

В данной статье предлагается встроить в радиочастотный чип подсистему безопасности, которая включает в себя:

2.1 Модуль физической неклонируемой функции (PUF)

Используя технологические вариации при производстве микросхем, радиочастотный чип интегрирует блоки PUF на основе SRAM для генерации уникального идентификатора устройства. Этот идентификатор может использоваться для аутентификации устройства, получения ключей, а также для предотвращения клонирования и подделки устройства.

2.2 Аппаратное ускорение алгоритмов национальной криптографии

Интеграция национальных алгоритмов шифрования, таких как SM2, SM3 и SM4, для шифрования, дешифрования и проверки целостности данных связи в режиме реального времени обеспечивает конфиденциальность и подлинность данных при беспроводной передаче.

2.3 Механизм защиты от атак на неисправности

Для противодействия бесконтактным атакам, таким как электромагнитные и лазерные помехи, в чип встроена многорегиональная схема контроля состояния машины. При обнаружении аномальных переходов состояния она подает сигнал тревоги и переходит в безопасный режим, чтобы предотвратить утечку ключей или подделку программ.

2.4 Безопасный интерфейс и разграничение прав доступа

Специальный защищенный интерфейс предназначен для прямой подачи выходных данных PUF в модуль шифрования, что исключает участие процессора и предотвращает доступ на уровне вредоносных программ. Кроме того, флэш-память разделена на разделы для обеспечения изоляции между защищенными и пользовательскими программами.

3. Механизм взаимодействия между радиочастотными чипами и чипами безопасности

В спутниковых терминалах радиочастотные чипы и чипы безопасности работают не изолированно, а совместно, обеспечивая интеграцию “сигнал-безопасность”.”

Радиочастотный чип обеспечивает передачу и прием беспроводных сигналов, а также их предварительную обработку.

Чип безопасности управляет аутентификацией личности, управлением ключами и шифрованием данных.

Они соединены внутренней шиной или специальным защищенным интерфейсом, обеспечивая беспрепятственную координацию между “радиочастотной базой и безопасностью” на трех уровнях.

Такая конструкция позволяет радиочастотному чипу распознавать и блокировать поддельные устройства и сигналы, повышая общую надежность системы.

4. Экспериментальная проверка и перспективы применения

Предложенная конструкция была проверена на платформе FPGA и дала следующие результаты:

Модуль PUF обладает хорошей случайностью и уникальностью, что соответствует требованиям к идентификации устройства.

Схема обнаружения неисправностей может эффективно выявлять электромагнитные и лазерные атаки с временем реакции в микросекундном диапазоне.

После интеграции модуля безопасности радиочастотный чип сохраняет низкое энергопотребление и задержку, что делает его пригодным для использования в устройствах спутниковых терминалов.

В будущем, по мере интеграции спутникового интернета с сетями 5G/6G и превращения их в единую сеть "космос - земля", показатели безопасности радиочастотных чипов станут критической метрикой для определения соответствия терминальных устройств стандартам.

5. Заключение

Основываясь на традиционных разработках микросхем безопасности, в данной статье предлагается перенести механизмы безопасности на уровень радиочастотных микросхем, создав архитектуру терминала, интегрированную с радиочастотной безопасностью. Интегрируя PUF, алгоритмы национальной криптографии и модули защиты от атак на сбои, радиочастотные чипы не только обрабатывают сигналы, но и становятся первой линией обороны в системе безопасности спутникового интернета. Эта концепция дизайна дает ценное представление о будущем развитии небольших, высокозащищенных и недорогих устройств спутниковой связи.