L. a. campagne de terrain évalue les vulnérabilités des réseaux 5G

L. a. technologie de réseau cell de cinquième génération ou 5G est à los angeles mode ces jours-ci. Par rapport à los angeles 4G, cette nouvelle méthode de connexion d’appareils sans fil aux réseaux cellulaires est conçue pour fournir des débits de données plus élevés, une latence ultra-faible, une fiabilité améliorée, une configurabilité étendue, une capacité et une disponibilité réseau accrues et une connectivité entre un plus grand nombre d’utilisateurs.

Le ministère américain de los angeles Défense souhaite profiter de ces évolutions commerciales dans ses systèmes de communique, mais le réseau 5G, comme ses prédécesseurs, manque de fonctionnalités de sécurité suffisamment robustes. Pour les programs militaires, les communications sans fil rendent les communications vulnérables à une détection indésirable (déterminant los angeles présence de signaux), à une géolocalisation injustifiée (déterminant l’origine des signaux) et à des interférences intentionnelles (entravant los angeles transmission et los angeles réception des signaux). Avant que le ministère de los angeles Défense puisse exploiter pleinement los angeles technologie 5G, les vulnérabilités du réseau doivent être identifiées, mesurées et atténuées.

“Pour les communications professionnelles, vous pouvez vous inquiéter un peu des interférences, mais ne vous inquiétez pas si quelqu’un cherche délibérément à vous trouver et perturbe vos communications, comme dans l’armée”, explique Nicholas Smith, chercheur en réseaux tactiques. Le groupe fait partie du domaine R&D des systèmes de communique du laboratoire Lincoln du MIT. « L’armée doit également faire face à des scénarios de mobilité plus difficiles, au-delà des personnes marchant ou conduisant, comme les avions voyageant à des vitesses de Mach. »

Smith fait partie d’une équipe du Lincoln Laboratory qui évalue les vulnérabilités du réseau 5G et développe des answers potentielles pour rendre cette technologie de dernière génération suffisamment résiliente pour un utilization militaire.

Des montagnes de données

En avril 2022, l’équipe d’évaluation de los angeles vulnérabilité 5G du Lincoln Laboratory s’est rendue à los angeles Hill Air Drive Base (AFB) près de Salt Lake Town, dans l’Utah, pour mener une campagne de checks en direct sur un banc d’essai de réseau 5G récemment ouvert, conçu et installé par Nokia. establishment. L’équipe est parmi les premières à utiliser ce banc d’essai à Hill AFB, l’un des cinq bancs d’essai du DoD FutureG et 5G Place of job dans des installations militaires américaines qui servent de websites pour évaluer les capacités et fonctionnalités du réseau 5G. Bien que les vulnérabilités de los angeles 5G aient déjà été conçues, cette campagne de checks représente l’une des premières campagnes de l’équipe rouge contre los angeles 5G dans ce domaine.

Pendant deux semaines, l’équipe a déployé des réseaux d’antennes équipés de GPS connectés à des radios définies par logiciel pour collecter les signaux du réseau, qui ont ensuite été analysés par un serveur informatique indépendant. Chaque jour, l’équipe conduisait trois camions, chacun contenant un de ces systèmes de capteurs, à différents endroits de los angeles base et demandait aux brokers de communique de Hill AFB d’ajuster certains paramètres du réseau, par exemple, allumer ou éteindre certaines stations de base, augmenter ou réduire los angeles puissance des stations de base, ou ajuster les instructions de route du faisceau. À chaque amendment, l’équipe a collecté des données pour déterminer los angeles difficulté de détecter, géolocaliser et brouiller les signaux 5G. Le terrain montagneux a permis à l’équipe d’obtenir des résultats à différentes hauteurs.

Avant de se rendre sur le terrain, l’équipe a effectué une modélisation et une simulation pour préparer son set up expérimentale, en tenant compte de facteurs tels que los angeles distance à laquelle les signaux des stations de base 5G pourraient être détectés, où placer les capteurs pour une erreur de géolocalisation minimale et quelle est los angeles meilleure answer. l’structure du capteur l’est. Ils ont également étudié les algorithmes utilisés pour los angeles détection et los angeles géolocalisation.

Sur position à Hill AFB, l’équipe détecte en permanence les signaux 5G grâce à plusieurs varieties d’algorithmes de détection, allant des détecteurs de puissance généraux (qui mesurent los angeles puissance ou los angeles power d’un sign reçu) à des détecteurs à filtre adapté plus spécifiques (qui comparent los angeles puissance d’un sign reçu inconnu). sign à alimenter un sign connu). Ils ont détecté des signaux jusqu’à l’horizon (jusqu’à environ 20 kilomètres et ont vérifié des distances plus éloignées grâce à des simulations), ce qui représente une portée très lointaine, en particulier pour un sort particulier de sign appelé bloc de synchronisation de sign (SSB). L. a. SSB est détectable de par sa conception ; Les appareils mobiles doivent détecter SSB afin de se synchroniser avec l’heure et los angeles fréquence du réseau sans fil et éventuellement d’accéder au réseau. Cependant, cette détectabilité signifie que SSB constitue une vulnérabilité majeure.

“L. a. détection facilite l’obscurcissement”, explique Smith. “Une fois que les adversaires détectent un sign, ils peuvent le brouiller. Comme le SSB est périodique en termes de temps et de fréquence, il est très facile de le détecter puis de le brouiller.”

Pour déterminer los angeles géolocalisation des signaux, l’équipe a réalisé une estimation de l’attitude d’arrivée à l’aide de l’algorithme MUSIC (A couple of Sign Classification), qui estime los angeles route d’arrivée des signaux reçus par le réseau d’antennes. Comme Smith l’a expliqué, si vous avez deux capteurs espacés sur les côtés opposés d’une carte et que vous savez de quel attitude provient le sign pour les deux capteurs, vous pouvez tracer des lignes droites qui se croisent ; Là où ils se croisent est le level de géolocalisation.

« L’un de nos objectifs était de déterminer à quel level il serait coûteux ou facile de détecter, géolocaliser et brouiller les signaux 5G », explique Smith. “Nos résultats montrent qu’il n’est pas nécessaire d’être très sophistiqué : les configurations matérielles disponibles dans le trade, à faible coût et les algorithmes open supply sont efficaces.”

L’évaluation de los angeles vulnérabilité 5G est une extension des précédentes évaluations de vulnérabilité 4G menées par le laboratoire.

Progrès générationnel

De nouvelles générations de applied sciences de communications sans fil apparaissent généralement une fois tous les dix ans. En se concentrant sur los angeles voix, los angeles première génération, los angeles 1G, a ouvert los angeles voie aux premiers téléphones mobiles dans les années 1980. L. a. deuxième génération, los angeles 2G, a permis une transmission vocale plus sécurisée avec moins d’instabilité et a introduit des services and products de messages courts (SMS) ou messagerie texte.

Avec les débuts de los angeles 3G au début des années 2000, les vitesses du réseau fédérateur nécessaires au lancement des premiers smartphones sont apparues, apportant Web à nos téléphones pour prendre en fee les programs mobiles telles que les cartes et les appels vidéo. Les réseaux 4G, qui offrent des taux de transfert de données plus élevés, ont également permis le streaming vidéo haute définition, l’amélioration de los angeles qualité des appels vocaux (grâce à Lengthy Time period Evolution, ou LTE) et les appareils Web des objets tels que les montres intelligentes et les assistants numériques pour los angeles maison.

Le déploiement de los angeles 5G, qui a véritablement commencé en 2019 et proceed d’évoluer, s’accompagne d’améliorations significatives dans de nombreux domaines, notamment los angeles vitesse, los angeles latence, los angeles connectivité et los angeles résilience. Par exemple, los angeles 4G atteint théoriquement 1 Gbit/s pour los angeles vitesse des données, tandis que los angeles 5G atteint 20 Gbit/s, soit 20 fois plus rapide. En plus de fonctionner sur des fréquences de bande basse (inférieures à 6 GHz), los angeles 5G peut fonctionner sur des fréquences d’ondes millimétriques moins encombrées (au-dessus de 24 GHz). Le spectre abondant disponible à ces fréquences plus élevées permet une capacité maximale, un débit très élevé et une latence très faible.

Cependant, comme les signaux haute fréquence sont diffusés lors de leur voyage dans l’atmosphère, leur portée est limitée. Pour remédier à cette limitation, les chercheurs présentent des ideas visant à compléter les grandes excursions de téléphonie cellulaire (macrocellules) actuelles, situées à des kilomètres les unes des autres, par des excursions plus petites (microcellules, picocellules ou femtocellules) plus rapprochées, notamment dans les zones urbaines à specialty densité de inhabitants. Avec ces petites cellules, les hautes fréquences ne doivent pas voyager très loin et peuvent fournir des débits de données élevés à de nombreux utilisateurs.

Les réseaux d’antennes massifs à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) offrent un autre moyen de servir des utilisateurs simultanés. L. a. présence d’un grand nombre d’antennes dans les stations de base 5G signifie que les signaux radio peuvent être étroitement concentrés dans des instructions ciblées vers un récepteur souhaité tel qu’un téléphone cell, un ordinateur moveable ou une voiture autonome, plutôt que de se propager dans toutes les instructions. Cette technologie de focalisation, appelée formation de faisceaux, aide les utilisateurs à disposer de connexions sans fil plus précises et plus fiables avec un transfert de données plus rapide et empêche les données d’être transmises à des destinataires involontaires.

« L. a. 5G offre los angeles possibilité de communiquer davantage sur los angeles formation de faisceaux et le MIMO massif », explique Smith. “Grâce à ces applied sciences, le réseau 5G a le potentiel d’être moins détectable, moins géolocalisé et plus résistant au brouillage que toutes les générations précédentes. Mais nous devons être conscients de los angeles façon dont le réseau est configuré pour ce faire, automotive los angeles 5G n’est pas intrinsèquement sécurisé.”

Améliorer los angeles flexibilité

Au cours de l’année écoulée, l’équipe a appliqué les enseignements d’une campagne de checks sur le terrain pour améliorer los angeles résilience des composants et processus usual de los angeles 5G.

“Notre objectif est de rendre les améliorations de résilience aussi simples et rentables que conceivable pour que le DoD puisse les mettre en œuvre, en tirant parti de los angeles technologie 5G existante et en n’ayant pas à moderniser le matériel 5G, du moins en ce qui concerne les téléphones mobiles”, a déclaré Smith.

À l’avenir, Smith est ravi de concevoir des algorithmes plus complexes, en particulier ceux qui utilisent l’apprentissage automatique pour détecter et géolocaliser les signaux 5G. Il a également exprimé l’intérêt de l’équipe pour los angeles possibilité d’utiliser los angeles 5G pour les essaims de drones, ce qui, selon Smith, constitue « l’un des problèmes les plus difficiles en termes de communications » en raison de facteurs tels que los angeles complexité de los angeles mobilité et les obstacles de puissance.

Si le cycle technologique de 10 ans se poursuit, los angeles 6G sera probablement lancée vers 2030. Les nouvelles capacités pourraient inclure l’utility de l’intelligence artificielle pour gérer les ressources du réseau ; Extension des fréquences vers des gammes plus élevées (térahertz) ; Intégrer les communications terrestres, aériennes, maritimes et spatiales dans un écosystème cohérent.

“Notre programme actuel s’appelle en fait 5G-to-nG (nouvelle génération)”, explique Smith. “Nous attendons avec impatience los angeles 6G et les vulnérabilités qu’elle pourrait apporter au ministère de los angeles Défense.”

Cette histoire a été republiée grâce à MIT Information (internet.mit.edu/newsoffice/), un web page populaire couvrant l’actualité de los angeles recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.