フィールドキャンペーンで5Gネットワ​​ークの脆弱性を評価

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最近、第 5 世代 (5G) モバイル ネットワーク テクノロジーが誇大宣伝になっています。 4G と比較して、ワイヤレス デバイスをセルラー ネットワークに接続するこの最新の方法は、より高いデータ レート、超低遅延、信頼性の向上、構成可能性の拡張、ネットワーク容量と可用性の向上、および多数のユーザー間の接続を提供するように設計されています。

米国国防総省 (DoD) は、これらの商業的進歩を通信システムに活用したいと考えていますが、5G には前世代と同様に、十分に堅牢なセキュリティ機能がありません。 軍事用途の場合、ワイヤレス接続により、通信は望ましくない検出 (信号の存在の特定)、不当な地理位置情報 (信号の発信元の特定)、および意図的な妨害 (信号の送受信の妨害) に対して脆弱になります。 国防総省が 5G テクノロジーを完全に活用するには、その前にネットワークの脆弱性を特定し、定量化し、軽減する必要があります。

「商用通信の場合、干渉について少し心配するかもしれませんが、軍隊の場合のように、誰かが意図的にあなたを見つけて通信を妨害しようとすることについては心配する必要はありません」と、戦術ネットワークの研究者であるニコラス・スミスは説明します。 MIT リンカーン研究所の通信システム研究開発領域の一部であるグループ。 「軍はまた、マッハ速度で移動する飛行機など、人々が歩いたり車で移動したりするだけでなく、より困難な移動シナリオにも対処しなければなりません。」

スミス氏はリンカーン研究所のチームの一員で、5G の脆弱性を評価し、この最新世代のテクノロジーを軍事利用に十分な耐性を持たせるための潜在的なソリューションを開発しています。

データの山

2022 年 4 月、国防総省 FutureG および 5G 局からの資金提供を受けて、リンカーン研究所の 5G 脆弱性評価チームは、ユタ州ソルトレイクシティ近くのヒル空軍基地 (AFB) に向かい、無線テスト キャンペーンを実施しました。 Nokia Corporation によって設計および設置された、新しくオープンした 5G ネットワーク テスト ベッド。 同チームは、ヒル空軍基地にあるこのテストベッドを最初に利用したチームの1つである。このテストベッドは、5Gネットワ​​ークの能力と機能性を評価する場所として米軍施設にある5つの国防総省FutureGおよび5Gオフィステストベッドのうちの1つである。 5G の脆弱性は以前からモデル化されていましたが、このテスト キャンペーンは、この分野での 5G に対する最初のレッドチーム キャンペーンの 1 つとなりました。

チームは 2 週間にわたって、ソフトウェア無線に接続された GPS 搭載アンテナ アレイを展開してネットワーク信号を収集し、スタンドアロン コンピューター サーバーで分析しました。 毎日、チームはこれらのセンサー システムの 1 つを搭載した 3 台のトラックを基地内のさまざまな場所に運転し、ヒル空軍基地の連絡担当者に特定のネットワーク パラメーターを調整するよう依頼しました。たとえば、特定の基地局をオンまたはオフにしたり、通信量を増やしたり減らしたりするなどです。基地局の電力を調整したり、ビームステアリング方向を調整したりできます。 調整を行うたびに、チームは 5G 信号の検出、位置特定、妨害がどの程度難しいかを判断するためのデータを収集しました。 山岳地帯のおかげで、チームはさまざまな標高から結果を得ることができました。

現場に向かう前に、チームはモデリングとシミュレーションを実行して実験セットアップの準備を行い、5G 基地局から信号を検出できる距離、地理位置情報エラーを最小限に抑えるためにセンサーをどこに配置するか、などの要素を考慮しました。最適なセンサーの形状は次のとおりです。 また、検出と地理位置情報に使用されるアルゴリズムも検証しました。

ヒル空軍基地の現場で、チームは、一般的なエネルギー検出器 (受信信号のエネルギーまたはパワーを測定する) からより特殊な整合フィルター検出器 (エネルギーを比較する) まで、数種類の検出アルゴリズムを通じて 5G 信号を一貫して検出しました。未知の受信信号の既知信号のエネルギーへの変換)。 彼らは、地平線まで (約 20 キロメートル離れたところまでの信号を検出し、シミュレーションを通じてさらに遠い距離を検証しました)、特に信号同期ブロック (SSB) と呼ばれる特定の種類の信号の場合、非常に遠い範囲の信号を検出しました。 SSB は設計上検出可能です。 モバイル デバイスは、ワイヤレス ネットワークの時間と周波数に同期し、最終的にネットワークにアクセスするために SSB を検出する必要があります。 ただし、この検出可能性は、SSB に重大な脆弱性があることを意味します。