ADS-B数据链的通信安全和隐私保护的关键技术研究

To meet future demand for air transport growth, and break the traditional ground navigation aids facilities limitations and effectively enhance flight safety and efficiency, a new generation of air surveillance system will use automatic dependent surveillance broadcast (ADS-B) system to provide air-to-air, air-to-ground and ground-to-ground data link. However, ADS-B data link is a wireless broadcast-type link without designed security measures. Therefore potential communication security vulnerabilities and threats remain to be assessed and resolved. This project will focus on the key technology research for the communication security and privacy preservation of the ADS-B data link. The research includes 4 parts: (1) the risk classification and security assessment, (2) the identity-based broadcast signcryption scheme for the confidentiality, integrity, and authenticity, (3) the pseudonym update scheme for the anonymity and location untraceability, and (4) the resistance scheme of DOS (denial of service) for the availability. Through creative works, we will propose the efficient and secure solution for the communication security and privacy preservation of the ADS-B data link with the necessary constraints: minimizing impact on existing standards and maintaining openness of ADS-B. Furthermore, we will also design security-enhanced ADS-B simulation platform to demonstrate the effectiveness of our solution.

为应对未来民航运输增长的需求，突破传统地面导航设施的限制，有效提升航行安全及效率，新一代的航空监视系统将采用广播式自动相关监视（ADS-B）系统，提供空对空、空对地、以及地对地的数据链路；然而ADS-B的数据链主要使用无线广播方式，且无安全措施的设计，因此存在严重的通信安全风险。本课题在对ADS-B数据链的风险分类及安全性评估的基础上，深入研究ADS-B数据链的通信安全和隐私保护中的关键技术，通过多项技术和方法的研究（基于身份广播签密、假名更新、DOS防御等）来达到如下目标：（1）数据的机密性、完整性和认证性；（2）通信的匿名和位置的不可追踪性；（3）服务的有效性；（4）现有ADS-B标准的兼容性。力争在关键技术的研究中取得创新性的成果，并设计通信安全增强的ADS-B仿真测试平台，以对上述目标进行有效的测试。

广播式自动相关监视（ADS-B）系统周期性的广播基于卫星的飞行器位置、标识等信息，因此它能够代替二次雷达而成为下一代空管系统的基石；然而ADS-B的数据链主要使用无线广播方式，且无安全措施的设计，因此存在严重的通信安全风险。针对ADS-B数据被窃听、破坏以及伪造的风险，研究了密码学的认证和加密技术，增强ADS-B数据链的安全性，让广播数据具有机密性、完整性和认证性。针对ADS-B数据链存在隐私泄露的风险，研究了ADS-B数据链隐私保护的新方法，其主要思想是飞机假名的更新，通过引入空间和时间的不确定性，减少飞机两个连续使用假名之间的相关性，从而极大的增加攻击者通过ADS-B信号跟踪飞机的难度。针对ADS-B数据链存在服务失效的风险，分析ADS-B数据链的特点，设计出更具有针对性的ADS-B数据链的DOS防御方案。在基金资助期间，本项目共培养硕士生5名，发表论文14篇，其中SCI索引8篇，EI索引1篇。