SatIQ：利用硬件指纹识别技术实现的可扩展且稳定的卫星认证系统

《ACM Transactions on Privacy and Security》：SatIQ: Extensible and Stable Satellite Authentication using Hardware Fingerprinting

卫星通信物理层指纹认证系统研究，采用高采样率信号指纹（25MS/s）结合Siamese神经网络与自动编码器构建SatIQ模型，有效提取发射机硬件特征。通过10290000条Iridium卫星数据验证，系统具备长期稳定性、跨设备泛化能力，在天气干扰和信号衰减条件下保持0.072误识率与0.960ROC AUC，显著增加伪造攻击成本。

　　

摘要

随着卫星系统成为关键基础设施的重要组成部分，它们也成为了攻击者更加青睐的目标。廉价现成无线电硬件的普及使得信号伪造和物理层攻击对于从业余爱好者到国家行为体等各种类型的对手来说都变得更加容易实施。由于缺乏加密安全性，传统卫星系统尤其容易受到攻击，且无法通过打补丁来支持新的安全措施。

在本文中，我们利用无线电发射机的特征（这些特征表现为物理层无线电信号中的失真）来实现对卫星下行链路的身份验证。我们的SatIQ系统采用了孪生神经网络和自动编码器来高效地提取消息头部信息，同时保留了识别所需的数据。我们重点关注高采样率的指纹识别技术，因为没有同样高采样率的发射硬件，伪造设备指纹将非常困难。

我们从Iridium卫星星座系统中以25 MS/s的速率收集了1,029,000条消息，并证明了基于这些数据训练的SatIQ模型无需重新训练即可保持性能稳定，且可以应用于新的发射机而不会影响其性能。我们分析了该系统对天气和信号因素的鲁棒性，并展示了其在面对攻击时的有效性：实现了0.072的等错误率和0.960的ROC AUC值。我们得出结论，我们的技术有助于构建有效的卫星通信身份验证系统，这类系统能够长期保持性能稳定，即使在卫星更换的情况下也能发挥作用，并通过提高攻击所需的成本来增强对信号伪造和重放攻击的抵御能力。