Παραγωγή κλειδιών και αυθεντικοποίηση μέσω των ιδιοτήτων εκπομπής και ασύρματου καναλιού και υλοποίηση με Software Defined Radios

Abstract

Η ασύρματη δικτύωση κατέχει ζωτική θέση τόσο σε πολιτικά όσο και σε στρατιωτικά πλαίσια, εξυπηρετώντας βασικές λειτουργίες. Χρησιμοποιείται παντού είτε στην περιήγηση στο Διαδίκτυο (Wi-Fi), είτε στην ακρόαση μουσικής (Bluetooth), είτε στις καθημερινές συναλλαγές (NFC). Ωστόσο, η διασφάλιση της ασφαλούς μετάδοσης πληροφοριών μέσω ασύρματων δικτύων εξακολουθεί να αποτελεί μια τεράστια πρόκληση. Πρωταρχικής σημασίας είναι η διασφάλιση ότι τα ευαίσθητα δεδομένα παραμένουν αποκλειστικά προσβάσιμα σε εξουσιοδοτημένους χρήστες, ματαιώνοντας κάθε απόπειρα μη εξουσιοδοτημένης εισβολής. Στο θεμελιώδες επίπεδο των ασύρματων δικτύων εμφανίζονται δύο βασικοί τύποι επιθέσεων: jamming (παρεμβολή, παρεμπόδιση) και eavesdropping (υποκλοπή). Αυτές οι επιθέσεις στοχεύουν κυρίως το φυσικό επίπεδο, δημιουργώντας σημαντικές ανησυχίες για την ασφάλεια. Κατά κύριο λόγο, τα επικρατούντα μέτρα ασφαλείας βασίζονται σε κρυπτογραφικές μεθοδολογίες που εφαρμόζονται στα ανώτερα στρώματα των ασύρματων δικτύων. Κατά την εξέταση συμμετρικών κρυπτογραφικών προσεγγίσεων, όπως το Data Encryption Standard (DES), ένα κοινό ιδιωτικό κλειδί βρίσκεται συνήθως μεταξύ δύο χρηστών. Σε σενάρια όπου οι καθορισμένοι χρήστες δεν έχουν πρόσβαση στο κοινό ιδιωτικό κλειδί, η δημιουργία ενός ασφαλούς καναλιού καθίσταται επιτακτική ανάγκη για την ανταλλαγή κλειδιών. Αντί να δημιουργηθεί σε ένα επιπλέον κανάλι επικοινωνίας, η δυνατότητα έγκειται στην αξιοποίηση τεχνικών φυσικού επιπέδου για τη διανομή εμπιστευτικών κλειδιών. Αυτή η προσέγγιση όχι μόνο ενισχύει το απόρρητο της θέσης αλλά χρησιμεύει επίσης ως συμπλήρωμα των αλγορίθμων ασφαλείας στα ανώτερα στρώματα. Η ενσωμάτωση μηχανισμών ασφαλείας φυσικού επιπέδου προσθέτει ένα επίπεδο πολυπλοκότητας για τους κακόβουλους φορείς που στοχεύουν στην αποκρυπτογράφηση των μεταδιδόμενων δεδομένων. Ένας από αυτούς του τρόπους είναι η επίτευξη αυθεντικοποίησης με την ανάλυση μοναδικών χαρακτηριστικών του σήματος αλλά και του καναλιού και ονομάζεται RF Fingerprinting. Στην συνέχεια αυτές τις πληροφορίες αξιοποιούνται προκειμένου να δημιουργήσει μοναδικά κλειδιά τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες εφαρμογές. Η παρούσα διπλωματική εργασία θα ασχοληθεί με την παραγωγή κλειδιών μέσω των μοναδικών χαρακτηριστικών του ραδιοσήματος και του καναλιού (φάση, καθυστέρηση διάδοσης, πλάτος και εικονική γωνία άφιξης). Ως αποτέλεσμα παρουσιάζεται μία ακριβής μέθοδος παραγωγής κλειδιών και τα αποτελέσματα επαληθεύονται και λαμβάνονται με την βοήθεια εξοπλισμού USRP που προγραμματίζεται από το GNU Radio. Τέλος λαμβάνονται όλα τα αποτελέσματα και αναλύονται για την επαλήθευση της θεωρίας.