Обеспечение конфиденциальности и целостности телеметрических данных при эксплуатации беспилотных аппаратов в сетях мобильной связи

Abstract

Передача телеметрии беспилотного аппарата через сеть мобильной связи общего пользования соединяет требования конфиденциальности и целостности с ограничениями транспорта: служебные поля криптографической защиты удлиняют кадр, удлинённый кадр чаще разбивается на фрагменты, а потеря одного фрагмента лишает получателя всей защищённой порции телеметрии. Работа связывает длину имитовставки, глубину агрегирования записей, период смены сеансового ключа и размер транспортного блока с остаточным риском телеметрического потока. Остаточный риск вычислен по пяти профилям криптографической защиты кадра детерминированным аналитическим методом. Единицей моделирования служит защищённый телеметрический кадр, материалом – пять профилей защиты, различающихся длиной имитовставки, наличием счётчика-нонса и служебного заголовка, глубиной агрегирования и периодом смены сеансового ключа при девяти входных величинах канала и потока с раскрытыми диапазонами. Остаточный риск задан как ожидаемое число записей за сеанс, не доставленных с проверенной целостностью либо принятых как подлинные при навязывании. Наименьшее расчётное значение остаточного риска составило 7,200 записи. Для профиля с агрегированием получено 14,397 записи, а относительный разброс по пяти профилям равен 99,96%. Кадр остаётся односегментным при глубине агрегирования до 16 записей. Расчёт показывает, что связывающим ограничением служит не длина имитовставки, а соотношение размера защищённого кадра и транспортного блока: на составляющую навязывания приходится 0,290% расчётного риска профиля с усечённой имитовставкой, а обе составляющие выравниваются лишь при интенсивности 17,18 млн попыток/с, что превышает пропускную способность рассматриваемого радиоинтерфейса. Carrying unmanned-vehicle telemetry over a public mobile network binds confidentiality and integrity requirements to transport constraints. Cryptographic service fields lengthen the protected frame, a longer frame is split into more fragments, and the loss of one fragment costs the receiver an entire protected portion of telemetry. The study asks how tag length, aggregation depth, key change period and transport block size jointly govern the residual risk of a telemetry stream. Residual risk is computed analytically across five profiles of cryptographic frame protection by a reproducible offline program. The modelling unit is a protected telemetry frame; the five profiles differ in tag length, counter nonce, service header, aggregation depth and key change period, and are evaluated over nine inputs with disclosed ranges. Residual risk counts the records per session that either fail to reach the receiver with verified integrity or are accepted as authentic while injected. The lowest computed residual risk equals 7.200 records. The aggregating profile yields 14.397 records, and the relative spread across the five profiles reaches 99,96%. Aggregation stays free of fragmentation up to 16 records per frame. The binding constraint lies in the ratio between protected frame size and transport block size rather than in tag length. The injection component amounts to 0.290% of the residual risk of the truncated-tag profile, and the two components equalise only at 17.18 million injection attempts per second, well beyond the throughput of the radio interface considered here.