Securing Uplink against Airborne Adversaries: A Security Analysis in Non-Geostationary Satellite Systems
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-01-22
Department
Major/Subject
Electronic and Digital Systems
Mcode
ELEC3060
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
60+4
Series
Abstract
Since the late 2010s, the satellite communications industry has gone through a paradigm shift with the rise of large non-geostationary orbit (NGSO) megaconstellations. This shift, fuelled by reduced space launch costs and the widespread use of commercial off-the-shelf (COTS) technology, has ushered in a new era of broadband connectivity with truly ubiquitous availability of high-quality network access. Going forward, NGSO megaconstellations are likely to play a crucial role as a complementary solution for terrestrial mission-critical networks. The rapid proliferation of commercial satellite solutions has not been without its challenges, particularly in the realm of cybersecurity. The absence of widely accepted cybersecurity standards, coupled with the proprietary nature of the technology, leave satellite systems open to potential vulnerabilities. Instances of interception and intentional interference have been demonstrated in the literature using readily available and affordable radio equipment, accessible even to hobbyists. In this context, this thesis investigated the threat posed by airborne adversaries to the uplink communications of a very small aperture terminal (VSAT) interfacing with a megaconstellation in low Earth orbit (LEO). A research framework comprising four submodels was developed with the models examining VSAT interception range, beam tracking potential for airborne eavesdroppers, interception windows, and the active threat of jamming. Findings were examined from the perspective of mission-critical communications, and they proved the physical resilience of NGSO VSAT systems against signal interception and intentional jamming, with the distributed infrastructure of NGSO systems offering many inherent advantages. Therefore, commercial LEO megaconstellations offer new capabilities and enhance existing ones, even in the demanding fields of public safety and defence. However, their integration into critical communications infrastructure requires care due to the stringent cybersecurity requirements in these markets.Satelliittiviestintä on mullistunut 2010-luvun lopulta alkaen uusien ei-geostationaarisia ratoja käyttävien megakonstellaatioiden yleistyessä. Laskevien laukaisukustannusten ja kaupallisen teknologian laajamittaisen käytön mahdollistamat megakonstellaatiot ovat avanneet uuden aikakauden laajakaistaviestinnässä tarjoamiensa maailmanlaajuisten ja suorituskykyisten palvelujen myötä. Kuluttajien ja bisneskäyttäjien ohella turvallisuuskriittiset toimijat, kuten viranomaiset ja maanpuolustusorganisaatiot, ovat osoittaneet kiinnostusta kaupallisten satelliittiverkkojen laajempaan käyttöön. Kaupallisten satelliittipalveluiden nopea kasvu ei ole tapahtunut ilman ongelmia, etenkin, kun asiaa tarkastellaan tietoturvan kannalta. Standardoimattomat kyberturvallisuusratkaisut ja satelliittiverkkojen teknisten ratkaisujen suljettu luonne jättävät verkkoihin mahdollisia haavoittuvuuksia. Tutkimuksissa onkin löytynyt tilanteita, joissa puutteelliset tietoturvaratkaisut ovat jättäneet kaupalliset järjestelmät ainakin jossain määrin avoimiksi salakuuntelulle ja tarkoitukselliselle häirinnälle. Tämä diplomityö pyrki arvioimaan ilmasta tapahtuvan salakuuntelun ja tarkoituksellisen häirinnän uhkaa hyvin pienen apertuurin päätelaitteen (engl. very small aperture terminal, VSAT) uplink-suunnan viestiliikenteelle, jota lähetetään päätelaitteelta matalalla Maan kiertoradalla lentävään megakonstellaatioon. Tutkimuskysymykseen pureuduttiin neljästä alamallista kootulla uhkamallilla, jossa tarkasteltiin radiotaajuista häirintää, ilma-aluksen saavutettavissa olevia sieppausetäisyyksiä ja -ikkunoita, sekä lentävän salakuuntelijan kykyä seurata VSAT-päätelaitteen kapeaa radiokeilaa. Mallin pohjalta tehtyjä havaintoja tarkasteltiin kriittisen viestinnän näkökulmasta. Tulokset osoittavat, että megakonstellaatioiden kanssa toimivat VSAT-päätelaitteet ovat oikein toteutettuna resilienttejä signaalin kuuntelua vastaan ja sietävät tahallista häirintää varsin hyvin konstellaatioiden hajautetun luonteen ansiosta. Kaupalliset matalan Maan kiertoradan megakonstellaatiot soveltuvat näin täydentämään turvallisuuskriittisen viestinnän kykyjä, joskin niiden integraatio vaatii edelleen riittävää huolellisuutta toimialan tiukoista tietoturvavaatimuksista johtuen.Description
Supervisor
Praks, JaanThesis advisor
Savunen, TapioKeywords
physical layer security, satellite security, critical communications, megaconstellations