Способ реализации криптографической защиты каналов для организации связи по протоколу MAVLink при управлении автономными БПЛА

Цель исследования - разработка предложений по реализации криптографической защиты каналов для организации связи по протоколу MA VLink при управлении автономными беспилотными летательными аппаратами.

Методы. При проведении исследований и разработки способа реализации защиты каналов для организации связи по протоколу MAVLink при управлении автономными беспилотными летательными аппаратами использовались методы многокритериального анализа. Первоначальная проверка встроенного ПО выполняется при загрузке/инициализации автопилота. В этом случае используются методы проверки содержимого памяти автопилота, такие как использование цепочки хеширования со случайным запросом, для чего может потребоваться статический хеш для сравнения. Для противодействия угрозам функционального модуля контроля полёта рекомендуется использовать IDS (системы обнаружения вторжений). IDS обычно представляет собой программно-аппаратное обеспечение, которое проверяет систему на наличие аномалий и отклонений.

Результаты. Предложен способ реализации криптографической защиты каналов для организации связи по протоколу MA VLink при управлении автономными беспилотными летательными аппаратам, основанный на алгоритме шифрования ChaCha20. Проведён анализ и синтез методов обеспечения безопасности каналов управления и передачи данных между НПУ и автономными беспилотными летательными аппаратами. Выполнен анализ протоколов шифрования AES-CTR, AES-CBC, ChaCha20 и RC4, результаты которого позволили установить ChaCha20 в качестве самого подходящего метода криптографической защиты БПЛА под управлением MA VLink. Проведенные результаты экспериментов по испытанию алгоритма шифрования ChaCha20 показали, что применение указанного алгоритма не влияет на производительность протокола MA VLink, так как использует одинаковое процессорное время.

Заключение. Проведен анализ методов криптографической защиты каналов для организации связи по протоколу MA VLink при управлении автономными беспилотными летательными аппаратами, на основании которого предложен способ реализации защиты каналов по протоколу MA VLink при управлении БПЛА, основанный на алгоритме шифрования ChaCha20.

1. Беспилотные авиационные системы. URL: https://cdn.standards.iteh.ai/sam-ples/70853/7ec34c8a22bf46958423b7e3a2e43693/ISO-21384-3-2019.pdf (дата обращения: 05.08.2022).

2. Allouch A., Cheikhrouhou O., Koubaa A. MAVSec: Securing the MAVLink Protocol for Ardupilot/PX4 Unmanned Aerial Systems // International Wireless Communications and Mobile Computing Conference (IWCMC). Morrocco, 2019. https://doi.org/10.1109/IWCMC.2019.8766667.

3. Leccadito M. A Hierarchical Architectural Framework for Securing Unmanned Aerial Systems // Virginia Commonwealth University. Richmond, 2016. 122 p. https://doi.org/10.25772/0DK3-E418.

4. Yagdereli E., Gemci C., Ziya Akta§ A. A study on cyber-security of autonomous and unmanned vehicles // Journal of Defense Modeling and Simulation. 2015. N 12 (4). https://doi.org/10.1177/1548512915575803.

5. Sugihara M. A dynamic continuous signature monitoring technique for reliable microprocessors // IEICE Trans. Electron. 2011. Vol. 94 (4). P. 477-486. https://doi.org/10.1587/transele.E94.C.477.

6. Horst R., Harris L. Multiple instruction issue in the NonStop Cyclone processor // ACM SIGARCH Computer Architecture News. 1990. Vol. 18. P. 216-226. https://doi.org/10.1109/ ISCA.1990.134528.

7. Gonzalez C., Reed R. Detecting unauthorized software execution in SDR using power fingerprinting // Military Communications Conference. San Diego: MiLcom, 2010. P. 22112216. https://doi.org/10.n09/MILCOM.2010.5680393.

8. Хмелевская А. В., Михайлова Н. Ю., Николаенко А. И. Методика проведения аудита безопасности информационных систем // Инфокоммуникации и космические технологии: состояние, проблемы и пути решения: сборник научных статей по материалам V Всероссийской научно-практической конференции / Юго-Западный государственный университет. Курск, 2021. С. 171-175.

9. Dovbnya V. G., Koptev D. S., Babanin I. G., Knyazev A. A. Evaluation of the influence of the value of the dynamic range of the radio receiver on the noise immunity of receiving signals with quadrature amplitude modulation // T-Comm. 2021. Vol. 15, N 6. P. 65-69.

10. Zhang W., Gong X., Han G. An improved ant colony algorithm for path planning in one scenic area with many spots // IEEE Access. 2017. Vol. 5. P. 13260-13269. https://doi.org/10.1155/2016/7672839.

11. Xie J., Pan X. An improved rc4 stream cipher // International Conference on Computer Application and System Modeling. Taiyuan, 2010. https://doi.org/10.1109/ICCASM.2010. 5620800.

12. Мухин И. Е., Хмелевская А. В., Бабанин И. Г. Методологические основы синтеза систем обеспечения электромагнитного доступа средствами радиомониторинга современных систем телекоммуникаций: монография / Юго-Западный государственный университет. Курск, 2016. 316 с.

13. Nir Y., Langley A. Chacha20 and poly1305 for ietf protocols. URL: https://tools.ietf.org/id/draft-nir-cfrg-rfc7539bis-04.html (дата обращения: 05.08.2022).

14. Применение БПЛА в задачах интеллектуального контроля и управления сельскохозяйственными работами / А. А. Князев, А. В. Хмелевская, М. Н. Луценко, А. Н. Кондратьев // Инфокоммуникации и космические технологии: состояние, проблемы и пути решения: сборник научных статей по материалам VI Всероссийской научно-практической конференции / Юго-Западный государственный университет. Курск, 2022. С. 136-140.

15. Методологические основы обнаружения малоразмерных беспилотных летательных аппаратов на основе комплексной субполосной обработки сверхкороткоимпульсных радиолокационных и оптических сигналов / И. И. Олейник, А. А. Черноморец, Д. С. Коптев, Е. Г. Жиляков, И. Е. Мухин, А. Н. Заливин, В. Г. Довбня, И. Г. Бабанин, О. Г. Бондарь; Юго-Западный государственный университет. Курск, 2021. 204 с.

16. Analytical evaluation of equivalent energy loss in causal frequency selection filters in the processing of quadrature amplitude modulation signals / V. G. Andronov, I. E. Mukhin, 1. G. Babanin, A. E. Sevryukov, D. S. Koptev, A. A. Chuev // Journal of Physics. Conference Series. 2020. N 1679 (3). P. 032006.

17. The conceptual level of analysis and its place in the infological system of information and analytical support in the tasks of operational assessment of threats posed by unmanned aerial vehicles / I. G. Babanin, V. G. Andronov, D. S. Koptev, A. I. Nikolaenko, A. E. Sevriukov // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems. St. Petersburg, 2021. P. 9470577.

18. Тяпкин С. А., Мухин И. Е., Коптев Д. С. Анализ существующих методов и возможные пути повышения эффективности системы диагностирования двигателей летательных аппаратов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2020. Т. 10, № 2. С. 41-57.

19. Тяпкин С. А., Мухин И. Е., Коптев Д. С. Метод совместного применения показателя структуры вибросигнала и известных результатов идентификационных измерений в задачах превентивного обнаружения неисправностей авиационных двигателей // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2020. Т. 10, № 2. С. 58-68.

20. Мухин И. Е., Хмелевская А. В., Коптев Д. С. Основы конструирования радиоэлектронной аппаратуры с учетом обеспечения электромагнитной совместимости / Юго-Западный государственный университет. Курск, 2018. 139 c.