Feasibility of Snapshot-Based Spoofing Detection Using OSNMA Unpredictable Symbols
L'autenticació i antispoofing de senyals de Sistemes Globals de Navegació per Satèl·lit (GNSS) està rebent un interès creixent entre la comunitat científica, a causa del paper clau que juguen aquests sistemes en multitud d'aplicacions de geo-localització, incloent-hi aquelles amb implicaci...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2024 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:299400 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/299400 |
| Access Level: | acceso embargado |
| Palabra clave: | OSNMA Anti-spoofing Receptors de tipus snapshot Snapshot Receiver Receptores de tipo snapshot Tecnologies 621.3 |
| Sumario: | L'autenticació i antispoofing de senyals de Sistemes Globals de Navegació per Satèl·lit (GNSS) està rebent un interès creixent entre la comunitat científica, a causa del paper clau que juguen aquests sistemes en multitud d'aplicacions de geo-localització, incloent-hi aquelles amb implicacions de seguretat i fiabilitat. Galileu, el GNSS europeu, implementa l'Open Service Navigation Message Authentication (OSNMA) al senyal E1-B, a partir d'un conjunt de dades criptogràfics que tenen el propòsit d'autenticar el contingut del missatge de navegació. Algunes d'aquestes dades són impredictibles per als usuaris i, per tant, no es poden conèixer per endavant. Això introdueix un nivell de protecció addicional contra possibles falsificadors o "spoofers". Tot i ser impredictibles, els spoofers podrien intentar estimar aquestes dades sobre la marxa, i fer-les servir per generar un senyal fals que alteri la solució de navegació de l'usuari. En resposta a aquests atacs, aquesta tesi analitza una idea nova basada en detectar spoofing a partir de fragments o snapshots de dades impredictibles transmeses pel protocol OSNMA. La tècnica està dissenyada per ser implementada en receptors GNSS de tipus snapshot, els quals són àmpliament adoptats en telèfons intel·ligents i dispositius d'Internet de les Coses (IoT), on el processament continu de senyals GNSS no és factible a causa de l'alta càrrega computacional i el consum de bateria. Per aquest motiu, la tècnica s'anomena "snapshot OSNMA", i segueix un enfocament client-servidor on l'usuari reuneix un snapshot del senyal de Galileu E1-B, extreu algunes dades impredictibles i les envia a un servidor remot on se n'analitza autenticitat i se n'informa l'usuari. El problema de detecció es modela matemàticament mitjançant un canal simètric binari (BSC) equivalent, caracteritzat per les probabilitats d'error tant de l'spoofer com de l'usuari. La tesi centra el treball en derivar la base teòrica del concepte de "snapshot OSNMA", avaluar-ne la viabilitat i validar-la utilitzant senyals GNSS realistes. L'estudi consta de quatre contribucions principals. La primera tracta sobre les condicions de contorn relacionades amb les fonts d'errors que no provenen pròpiament del spoofer, per exemple, les degudes al soroll tèrmic, propagació multitrajecte, errors de sincronització, shadowing i fading en entorns urbans, incerteses temporals, etc. L'estudi d'aquestes condicions de contorn ajuda a identificar l'impacte dels possibles errors que apareguin a les dades rebudes, i a proporcionar una cota inferior on el detector pot operar de manera satisfactòria. La segona contribució correspon a caracteritzar les propietats estadístiques de la tècnica de "snapshot OSNMA". Això dóna com a resultat una optimització de les prestacions de la tècnica proposada. La tercera contribució se centra en l'impacte de possibles incerteses temporals al senyal rebut. Aquestes podrien aparèixer com a resultat de diversos factors, com ara el desfasament del rellotge del receptor o el desfasament del rellotge del satèl·lit, etc., i tenen un impacte en les prestacions de detecció. La quarta contribució se centra en l'anàlisi experimental que genera el senyal Galileu E1-B mitjançant el simulador de GNSS Skydel GSG 8, amb l'objectiu de validar les prestacions de la tècnica en qüestió. Els resultats indiquen que la tècnica és robusta per detectar atacs sofisticats, fins i tot en condicions favorables al costat de l'spoofer. Per tant, es converteix en una candidata valuosa per a l'explotació d'OSNMA en receptors GNSS on no s'implementa el processat continu del senyal GNSS, ni es disposa tampoc de la capacitat per processar completament totes les dades del protocol OSNMA. |
|---|