Sécuriser les communications par satellite avec l'empreinte radio

Ces dernières années, le matos radio pas cher est devenu super accessible. Ça a rendu la vie plus facile aux attaquants pour faire des actions nuisibles comme du spoofing de signal et des attaques par replay sur les systèmes de communication par satellite. Beaucoup de systèmes satellites anciens manquent de bonnes fonctionnalités de sécurité, ce qui les rend plus vulnérables à ces types d’attaques. Dans cet article, on va parler d’une méthode appelée empreinte radio qui peut aider à sécuriser les communications satellitaires. Cette technique utilise des traits uniques du matériel du transmetteur pour confirmer l'authenticité des signaux envoyés.

#Le Problème

Les systèmes satellites ont traditionnellement été conçus en pensant que trafiquer serait difficile et coûteux. Cependant, la montée du matériel abordable, comme les radios définies par logiciel (SDR), a changé la donne. Maintenant, même les amateurs peuvent réaliser des attaques de spoofing et de replay, qui étaient autrefois réservées à des organisations bien financées.

Pour beaucoup de systèmes satellites, surtout les plus anciens, la capacité de détecter et de prévenir ces attaques est cruciale. Les solutions cryptographiques, qui reposent sur des méthodes de chiffrement complexes pour sécuriser les communications, sont efficaces mais souvent pas une option pour les systèmes plus anciens. Beaucoup de ces satellites hérités ne peuvent pas supporter la cryptographie à cause de capacités de traitement limitées ou de mesures de sécurité obsolètes.

#Pourquoi l’Empreinte ?

L’empreinte radio est une technique qui peut aider à combler ces lacunes de sécurité. Elle reconnaît les caractéristiques uniques associées au matériel d’un transmetteur radio. Chaque transmetteur émet un signal qui porte de petites différences basées sur son matériel unique, ce qui peut agir comme une "empreinte." En analysant ces caractéristiques uniques, on peut identifier les signaux authentiques et les différencier des faux.

Ce système est particulièrement utile pour les attaques à faible coût car il augmente la complexité et le coût pour les attaquants potentiels. Ils auraient besoin de reproduire le matériel et les caractéristiques du signal du transmetteur d'origine pour contourner le système d'empreinte, ce qui n'est pas faisable pour beaucoup d'attaquants en herbe.

#Le Focus sur les Satellites Iridium

Le réseau de satellites Iridium est un candidat idéal pour tester notre méthode d'empreinte. La constellation a beaucoup de satellites, et on peut collecter une quantité importante de données sur les signaux qu'ils envoient. Au fil du temps, on a rassemblé plus d'un million de messages des satellites Iridium, en se concentrant sur les caractéristiques distinctes de leurs signaux transmis.

Chaque satellite du réseau Iridium envoie des messages à des intervalles spécifiques, et en collectant ces données à une fréquence d'échantillonnage élevée, on peut capturer les identifiants uniques présents dans les signaux. Ces données servent de base pour construire notre modèle d’empreinte.

#Comment ça Marche

#Collecte de Données

Pour construire un système d’empreinte fiable, on doit d’abord rassembler un grand ensemble de données variées. C’est là que les satellites Iridium brillent. On a utilisé un mélange d'antennes, d'amplificateurs et de matériel de radio définie par logiciel pour collecter les signaux de manière efficace. En capturant des données à une fréquence d'échantillonnage élevée, on a pu obtenir une vue détaillée des signaux et de leurs traits uniques.

L'objectif principal pendant la collecte de données était de s'assurer qu'on capture assez de signaux uniques pour entraîner notre modèle. Ça voulait dire stocker les données brutes des signaux et des messages décodés, qui nous aideraient ensuite à identifier les signaux légitimes.

#Prétraitement des Données

Une fois les données collectées, on devait les prétraiter. Le but du prétraitement est de s'assurer que le modèle puisse apprendre efficacement à partir des données. On a fait cela en filtrant les signaux collectés pour enlever ceux qui étaient trop bruyants ou corrompus. En nettoyant les données, on s'assurait que les caractéristiques importantes qui distinguent un transmetteur d'un autre étaient préservées.

Après filtrage, on a organisé les données en différents ensembles : entraînement, validation et test. Ça nous permet de former le modèle et ensuite de le tester pour voir comment il performe.

#Construction du Modèle d’Empreinte

Le modèle d’empreinte utilise des techniques avancées d'apprentissage machine pour reconnaître et différencier les caractéristiques uniques de chaque transmetteur. On a utilisé deux composants principaux : un autoencodeur et un réseau neuronal Siamois.

#Autoencodeur

Un autoencodeur est un type spécial de réseau neuronal qui apprend à représenter les données d'entrée sous une forme condensée. En gros, il simplifie les données tout en gardant les informations importantes. C’est utile pour réduire le bruit et mettre en avant les caractéristiques essentielles dans les signaux.

#Réseau Neuronal Siamois

Le réseau Siamois consiste en deux sous-réseaux identiques qui prennent des entrées différentes mais partagent les mêmes poids. Ça veut dire qu'ils fonctionnent essentiellement ensemble pour comparer deux signaux. L’objectif est de calculer un score de similarité, ce qui nous permet de déterminer à quel point deux signaux sont proches.

Cette combinaison d’autoencodeur et de réseaux Siamois nous permet d’identifier efficacement si les signaux proviennent du même transmetteur. Si les caractéristiques correspondent suffisamment, le système peut confirmer l'authenticité du signal.

#Tester et Améliorer Notre Modèle

#Tests d’Attaque Par Replay

Pour évaluer la robustesse de notre système d’empreinte, on l'a testé dans des scénarios d'attaques par replay. Les attaques par replay se produisent quand un attaquant enregistre des signaux légitimes et les rejoue ensuite pour tromper les systèmes en leur faisant croire qu’ils sont valides. En faisant de nombreux tests où on a joué des messages valides, on a évalué combien notre modèle d’empreinte pouvait identifier les signaux originaux parmi les faux.

Les résultats de nos tests étaient prometteurs. Le système d’empreinte a efficacement distingué entre les signaux authentiques et ceux rejoués, atteignant souvent un taux de précision élevé. Ça nous donne confiance que le système peut offrir une sécurité efficace contre les attaques par replay.

#Extensibilité à de Nouveaux Transmetteurs

Un des plus grands avantages de notre système d’empreinte est sa capacité à s’adapter à de nouveaux transmetteurs. À mesure que des satellites sont remplacés ou ajoutés, le système peut continuer à fonctionner efficacement sans avoir besoin de se réentraîner complètement. On a testé les performances du modèle sur des signaux provenant de transmetteurs qu'il n'avait pas rencontrés auparavant. Les résultats étaient bien dans les plages acceptables, ce qui signifie que le modèle peut s’adapter au fil du temps avec l’ajout de nouveaux satellites à la constellation.

#Stabilité au Fil du Temps

Un autre aspect crucial de notre système d’empreinte est sa stabilité. Au fil du temps, divers facteurs environnementaux peuvent affecter la réception des signaux. Pour garantir que le modèle reste fiable, on a effectué des tests en utilisant des données collectées sur une longue période. Le système a montré une cohérence dans ses performances, prouvant qu'il peut maintenir son efficacité malgré les changements au fil du temps.

#Conclusion

L'émergence de la technologie radio abordable a rendu les systèmes satellites plus vulnérables aux attaques. Cependant, l’empreinte radio offre une solution viable pour sécuriser ces systèmes. En tirant parti des caractéristiques uniques du matériel et en demandant des coûts supplémentaires aux attaquants potentiels, on peut considérablement améliorer la sécurité des communications satellitaires.

Nos expériences avec la constellation de satellites Iridium montrent que l’empreinte à haute fréquence d'échantillonnage est possible et peut efficacement protéger contre le spoofing et les attaques par replay. Notre système offre la confiance que les systèmes satellites hérités peuvent être utilisés en toute sécurité, et on vise à contribuer à améliorer la sécurité des communications satellitaires à l'avenir.

Ce travail pose les bases pour des recherches supplémentaires en empreinte radio et présente de nouvelles opportunités pour garantir la fiabilité et la sécurité continues des communications par satellite. À mesure qu'on avance, nos efforts se concentreront sur le perfectionnement de nos méthodes et l'exploration de leur applicabilité à différents systèmes satellites.