Analisi del Segnale 5G con Helikite: Idee e Sicurezza

I veicoli aerei senza pilota (UAV), spesso chiamati droni, sono diventati popolari per i loro tanti usi. Possono raggiungere rapidamente aree pericolose per missioni di ricerca e salvataggio o consegnare forniture mediche, migliorando la sicurezza pubblica. Utilizzando una base montata su un drone, la copertura wireless può migliorare, riducendo i vuoti nel servizio e permettendo a più persone di connettersi. I droni che possono accedere alla tecnologia 5G possono raccogliere dati e svolgere compiti nelle città intelligenti, nell'agricoltura e nelle industrie.

Per sfruttare al massimo questi benefici, è importante avere una connessione wireless forte per i droni, soprattutto quando volano oltre la linea di vista del pilota. Questo può essere ottenuto con droni connessi alla rete cellulare (C-UAV).

Recentemente, degli studi hanno esaminato come i C-UAV si connettono e si comportano usando lo standard wireless 4G long-term evolution (LTE). Alcuni hanno esplorato la comunicazione aerea-terra usando uno smartphone su un drone. Tuttavia, questi studi si sono concentrati su indicatori di prestazione di base disponibili tramite applicazioni commerciali per smartphone. Altri hanno studiato i canali aerei-terra usando attrezzature LTE e droni con radio definite dal software (SDR) e GPS. I dati grezzi raccolti sono stati analizzati per comprendere meglio vari aspetti delle prestazioni dei canali e degli algoritmi del ricevitore.

Il 5G New Radio (NR) è uno standard di comunicazione wireless più avanzato che sta gradualmente sostituendo l'LTE. Anche se il 5G NR è generalmente più sicuro dell'LTE, ha comunque vulnerabilità. I ricercatori hanno esplorato queste debolezze, in particolare riguardo a interferenze e hacking. Certi segnali, come i segnali di sincronizzazione e i canali di trasmissione, sono considerati facili bersagli per gli attaccanti. Inoltre, l'emergere del calcolo quantistico rappresenta una minaccia per i metodi di sicurezza attuali, poiché potrebbe rendere più facile per gli hacker violare la crittografia.

#Esperimento Helikite

Questo studio ha coinvolto l'uso di un helikite, che è un ibrido tra un aquilone e un pallone, per raccogliere dati sui segnali 5G nelle aree urbane. L'esperimento si è svolto alla North Carolina State University. L'helikite è stato fatto volare a un'altitudine di 400 piedi da mezzogiorno alle 21 durante un festival nell'agosto 2022. Equipaggiato con un SDR e un ricevitore GPS, l'helikite ha raccolto segnali dalle stazioni base 5G commerciali nella C-Band, che opera intorno a 3,7 GHz. Ha raccolto dati ogni 9 minuti a una frequenza di campionamento di 30,72 MHz.

Durante il volo, l'helikite è riuscito a catturare segnali da un'ampia gamma di larghezza di banda di 60 MHz, specificamente da 3,7 GHz a 3,76 GHz, operata da Verizon negli Stati Uniti. Lo studio si proponeva di valutare come i segnali cambiavano in base all'altitudine dell'helikite.

#Raccolta di dati I/Q 5G NR

L'esperimento helikite si è concentrato sulla raccolta di dati sui segnali 5G. I dati grezzi raccolti sono stati poi elaborati utilizzando software specializzati per analizzare la qualità del segnale. Le metriche chiave di interesse erano RSRP (Reference Signal Received Power) e RSRQ (Reference Signal Received Quality). Queste metriche forniscono importanti informazioni sulla forza e qualità dei segnali 5G ricevuti.

Per iniziare il processo, i segnali raccolti sono stati trasformati in un formato visivo chiamato spettrogramma. Questa rappresentazione visiva aiuta a comprendere come la frequenza del segnale cambia nel tempo. I risultati indicavano che segnali specifici venivano rilevati ogni 20 millisecondi, fornendo informazioni in tempo reale sulla forza e qualità del segnale.

L'analisi dei dati ha rivelato che diverse identità fisiche delle celle (PCI) potevano essere tracciate dai segnali raccolti. Tracciando questi picchi nei dati, i ricercatori potevano determinare da quali stazioni base provenivano i segnali. Nel corso dell'esperimento, sono stati registrati segnali da almeno sei diverse stazioni base.

#Misurazione della sincronizzazione e della qualità del segnale

Una parte significativa dello studio si è concentrata sulla comprensione di come funziona la sincronizzazione nel sistema 5G. Quando un dispositivo tenta di connettersi a una rete 5G, deve sincronizzarsi con la stazione base. Questo processo implica l'adattamento a eventuali differenze di frequenza e l'allineamento temporale in base a segnali specifici ricevuti dalla stazione base.

Il segnale di sincronizzazione primario (PSS) ha giocato un ruolo cruciale in questo processo. Un segnale di sincronizzazione secondario (SSS) è stato anche utilizzato per affinare ulteriormente la connessione. Calcolando le correlazioni tra i segnali ricevuti e il PSS e SSS noti, i ricercatori sono stati in grado di rilevare le ID fisiche delle celle e valutare l'accuratezza della sincronizzazione.

La qualità del segnale è stata quantificata utilizzando le metriche RSRP e RSRQ, che indicano quanto fossero forti e affidabili i segnali. I ricercatori hanno scoperto che man mano che l'altitudine dell'helikite aumentava, l'RSRP generalmente aumentava fino a un certo punto. Tuttavia, la relazione tra RSRQ e altitudine era meno chiara. Valori elevati di RSRQ suggeriscono che segnali provenienti da più stazioni base potrebbero interferire tra loro.

#Problemi di sicurezza e privacy nel 5G

I risultati dell'esperimento helikite sollevano importanti domande sulla sicurezza e la privacy delle reti 5G. Con la possibilità di raccogliere segnali utilizzando attrezzature SDR commerciali, c'è un rischio potenziale di sorveglianza non autorizzata.

La facilità di catturare dati ad alte altitudini significa che gli attaccanti potrebbero raccogliere grandi quantità di informazioni da varie fonti. L'incidente recente del pallone di sorveglianza ha evidenziato come tali sistemi ad alta quota potrebbero monitorare aree sensibili e dati. Man mano che i droni volano più in alto, hanno un campo visivo più ampio, permettendo loro di intercettare più segnali, a patto che questi segnali siano abbastanza forti.

Il potenziale di archiviare grandi quantità di dati wireless solleva ulteriori preoccupazioni per la sicurezza. Parti non autorizzate potrebbero catturare segnali e trattenerli finché i computer quantistici non saranno in grado di decrittografare i dati. Questo rischio sottolinea la necessità di nuovi metodi di crittografia più forti che possano resistere a futuri attacchi di calcolo quantistico.

#Resilienza alle interferenze

Sebbene le reti 5G siano progettate per resistere ad attacchi, alcune vulnerabilità esistono ancora. L'interferenza è un metodo d'attacco in cui un avversario cerca di interrompere i segnali che un utente sta cercando di ricevere. Lo studio ha notato che il 5G NR ha alcuni miglioramenti rispetto all'LTE a questo proposito. Tecniche avanzate per il posizionamento dinamico del segnale aiutano a ridurre le possibilità di essere vulnerabili a interferenze.

Le reti 5G spesso combinano segnali di diverse bande, il che aggiunge un ulteriore strato di protezione. Se una parte del segnale è disturbata, la rete può continuare a funzionare utilizzando altri canali. Questa diversità nei canali di segnale rende più difficile per un attaccante interrompere efficacemente l'intero sistema.

#Conclusione

In questo studio, i ricercatori hanno raccolto dati sui segnali 5G utilizzando un helikite in un'area urbana. I risultati hanno mostrato come la forza e la qualità dei segnali variassero con l'altitudine. L'analisi ha rivelato interessanti approfondimenti sui processi di sincronizzazione e ha evidenziato potenziali vulnerabilità legate a sorveglianza e minacce alla sicurezza.

Man mano che l'uso della tecnologia 5G continua ad espandersi, è essenziale comprendere queste vulnerabilità e lavorare verso soluzioni che rafforzino la sicurezza e la privacy delle comunicazioni wireless. Una raccolta dati più completa e metodi di analisi affinati potrebbero portare a migliori misure di protezione, garantendo un uso sicuro delle tecnologie avanzate nella nostra vita quotidiana.