[논문 리뷰] Semi-Assisted Signal Authentication based on Galileo ACAS

Ignacio Fernández‐Hernández, Simón Cancela외 10명|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 29.

GNSS positioning and interference인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 신호 계획이나 암호화 키를暴露하지 않고, 사전에 게시된 E6C 신호의 재암호화된 부분 시퀀스와 OSNMA 키를 사용하여 Galileo의 신호 인증을 위한 반보조적 접근법을 제안한다. 이를 통해 신호 계획을 변경하지 않고도 수일 간의 수신기 자율성을 달성하며, 저장된 IF 스냅샷을 복호화된 확산 코드와 후행적으로 상관시켜 신호 인증을 실현한다.

ABSTRACT

A GNSS signal authentication concept named semi-assisted authentication is proposed. It is based on the re-encryption and publication of keystream sequences of some milliseconds from an already existing encrypted signal. Some seconds after the keystreams are transmitted in the signal-in-space, the signal broadcasts the key allowing to decrypt the sequences and the a-posteriori correlation at the receiver. The concept is particularized as Galileo Assisted Commercial Authentication Service, or ACAS, for Galileo E1-B, with OSNMA used for the decryption keys, and E6C, assumed to be encrypted in the near future. This work proposes the ACAS cryptographic operations and a model for signal processing and authentication verification. Semi-assisted authentication can be provided without any modification to the signal plan of an existing GNSS, without the disclosure of signal encryption keys, and for several days of receiver autonomy, depending on its storage capabilities.

연구 동기 및 목표

• 기존 신호 계획이나 위성 펌웨어를 변경하지 않고 Galileo GNSS의 장기적 신호 인증을 가능하게 하기 위해.
• 암호화 키를 폭로하지 않고 확산 코드 검증을 통한 가짜거리 측정값 인증 방법을 제공하기 위해.
• 키 복호화 및 상관 계산을 사전 인증 단계로 이관하여 수신기 복잡도를 감소시키기 위해.
• 기존 Galileo OSNMA와 향후 암호화된 E6C 신호와의 호환성을 확보하기 위해.
• 사전에 다운로드한 재암호화된 코드 시퀀스(RECS)를 통해 수일 간의 수신기 자율성을 지원하기 위해.

제안 방법

• 시스템은 이미 암호화된 E6C 신호의 짧은 부분 시퀀스(RECS)를 NMA 유도 암호화 자료를 사용하여 재암호화한다.
• RECS와 그 시간 동기 메타데이터는 지상 채널을 통해 수신기에게 사전에 게시된다.
• 수신기는 IF 또는 베이스밴드 신호 스냅샷을 저장하고, OSNMA 키 공개를 기다린다.
• 키 공개 후, 수신기는 위성 브로드캐스트 그룹 지연(BGD), 하드웨어 오프셋, 이온층권 지연 등의 사전 지식을 활용하여 저장된 E6C 스냅샷과 복호화된 RECS를 상관시킨다.
• E1과 E6C 가짜거리 측정값 간의 일관성 검사를 통해 신호 인증을 검증하며, 임계값은 사전 오차 분산에서 유도된다.
• 재생 공격을 방지하기 위해 느슨한 시간 동기화를 가정하며, 이는 기존 OSNMA 시간 동기 요구사항과 일치한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 신호 계획과 키 관리 시스템에 최소한의 변경을 가하여 GNSS 신호 인증을 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ2 사전에 게시된 재암호화된 코드 시퀀스를 사용할 때, 신호 인증을 위한 수신기 자율성의 최대 가능 수준은 얼마인가?
• RQ3 실시간 암호화 키 접근이나 지속적인 네트워크 연결 없이 수신기가 가짜거리 측정값을 어떻게 인증할 수 있는가?
• RQ4 저장된 신호 스냅샷과 복호화된 확산 코드 간의 정확한 후행적 상관을 가능하게 하는 핵심 신호 처리 파rameter는 무엇인가?
• RQ5 E1과 E6C 가짜거리 측정값 간의 일관성은 어떻게 신호 진위성을 검증하는 데 활용될 수 있는가?

주요 결과

• 반보조적 인증은 Galileo 신호 계획이나 위성 펌웨어를 변경하지 않고도 수일 간의 수신기 자율성을 가능하게 한다.
• 이 방법은 E6C 신호 부분 시퀀스를 재암호화하고 사전에 게시함으로써 신호 인증을 달성하며, 복호화 키는 나중에 OSNMA를 통해 공개된다.
• 수신기는 저장된 IF 또는 베이스밴드 스냅샷을 복호화된 RECS와 상관시켜 신호를 인증할 수 있으며, BGD 및 하드웨어 오프셋과 같은 사전 지식을 활용한다.
• 신호 인증은 E1과 E6C 가짜거리 측정값 간의 일관성 검사를 통해 검증되며, 임계값은 사전 오차 분산에서 유도된다.
• 이 방법은 비밀 암호화 키의 폭로가 필요 없으며, 기존 Galileo OSNMA와 향후 E6C 암호화와 호환된다.
• 이 방법은 재생 공격을 방지하기 위해 느슨한 동기화를 가정하며, 이는 이미 OSNMA에 요구되는 조건이다.