【技术探讨研究】《反无人机系统技术和操作》CUAS持续不断的发展的拦截方法
本章探讨了反无人机系统拦截的必要性，使用区块链来提高无人机供应链管理的安全性，为了深入研究区块链流程并了解其优势和弱点及其与飞机通信的关系，认识到区块链可能面临的障碍，如5G和公众接受度。
无人机通过雷达接收外部通信。有四种不一样的雷达：主动（使用无人机的发射器或照明器）、被动（使用另一架无人机的发射器）、基本（从一个位置）和多基地（当雷达发射器和接收器位于不同位置时）。此外，雷达还用于测量信号和模式，引导无人机远离危险。这种沟通过程基于信任网络。GNSS/GPS干扰和欺骗是损害无人机接收的外部通信的盲目航空信任的方法。其他电子功能在应对反无人机系统时也受到了挑战。
大多数人将区块链与密码货币联系在一起，但并非所有区块链都是只有这样的应用功能。在最基本的层面上，每个区块链都是在点对点网络上发生的交易的数字分类记账，能够控制可见性——谁有权查看哪些数据。交易在供应链中进行的每一步都会被分配一个加密块。每个区块都包含有关少数交易的信息、对区块链中前一个区块的引用，以及对称为“工作量证明”的复杂数学挑战的答案。工作量证明的概念用于验证与特定区块相关的数据，并使区块的创建在计算上变得“困难”，从而防止攻击者以对他们有利的方式改变区块链内容。
区块链网络有四个主要组成部分，即非对称密码学和节点应用程序、交易和区块、分布式账本和共识机制。
区块链可以被认为是去信任的，因为交易参与不需要信任。与数字证书相反，客户端信任证书颁发机构代表网站提供的证书来进行安全交易。
区块链去中心化和信息分布的优点也是一个弱点。根据区块链的实施框架，可扩展性和共识对于保证区块链过程的性能变得更具挑战性。以下是确定分布式系统中节点之间的同步机制（共识机制）的参数列表：
区块链并不能完全抵御攻击。已建立的可靠用户链可用于进行第三方攻击。此外，有可能在流线型链的无良合作伙伴的参与下，将第三方纳入区块链系统的附加节点。
FAA于2018年宣布，自2020年1月1日起，将强制在美国大部分受控空域飞行时强制安装第2版ADS-B Out系统。ADS-B系统使用GPS卫星，而不是传统的地面雷达。基于GPS系统的优势，FAA将能清楚看到诸如注册号、精确位置、飞机尺寸等信息。然而，该规则于2010年5月27日发布，国防部向FAA提交了ADS-B妥协的意见特殊飞行和任务的安全。这种时间滞后对于理解过去十年中出现的威胁很重要，在实施ADS-B输出系统之前，可以认为它已经过时了。
2020年1月12日，RonaldJ. Reisman（NASA艾姆斯研究中心）发表了题为“用于安全、身份验证和隐私的空中交通管理区块链基础设施”的研究。Reisman先生概述了民用和军用航空ADS-B的漏洞，并提供了区块链的解决方案。“设计创新是使用开源许可的区块链框架来实现飞机隐私和匿名，同时提供一种安全有效的方法来与空中交通服务、运营支持或其他授权实体进行通信，”Reisman先生（全球商业）指出展望，2020年）。Reisman先生的可扩展框架将包括证书颁发机构、智能合约支持以及用于私人信息的更高带宽通信通道，这些通道可用于任何特定飞机和任何特定授权成员之间的安全通信（全球商业展望，2020年）区块链将至关重要提供一种加密ADS-B传输的方法。航空区块链基础设施(ABI)设计使飞机能够与空中交通管理和其他适当授权的实体进行相对有效、安全和私密的通信。就无人机而言，区块链通过保存高速、可靠的空域活动分类账以及有关无人机及其操作员的信息，并将其分发给所有适当的各方，为射频带来安全性。
图6-2显示了区块链缓解通信渠道的概念设计。链码（又名“智能合约”）在飞机和地面ATM及其他支持服务之间适当路由信息。
Reisman先生提出的ABI基于Hyperledger Fabric，这是一种基于Linux的开源工具和区块链，由Intel、IBM和SAP贡献。Hyperledger Fabric允许创建私有且经过许可的区块链。通过称为“私人通道”的服务作为以相比来说较高的带宽传达私人信息的手段。这些私人通道可用于传递适合于根据与特定私人相关的智能合约条款对任何特定飞机和任何特定授权成员之间的ADS-B Out传输进行加密的私人密钥（或时间密钥数据结构）。通道（和子网）。密文的使用使ADS-B用户能维护公众的隐私和匿名性，同时还提供一种安全有效的方法来与空中交通服务或航空公司运营服务等授权实体进行通信。
用于加密ADS-B传输的区块链正处于测试阶段。虽然这是目前的解决方案，但我们应该展望未来，了解区块链如何，因为ADS-B可能会成为航空特定垂直领域的解决方案带来的新风险。
第一个文档区块链成功被黑客攻击发生在2011年。一个简单的凭证泄露案例。随着攻击的复杂化，区块链的黑客攻击不断取得胜利。操纵签名、覆盖交易等。突出的是，对区块链的攻击又回到了垂直领域尚未解决的基本安全问题之一，即对公司员工和系统的危害。令人惊奇的是，可以追溯到Frank AbagnaleJr.时代的社会工程技术仍然像1960年代一样有效。通过安全门、拾取留在打印机上的物品以及带有IP地址的照片图表这样的简单行为都可能会引起系统受损。以下是可能会引起区块链破坏的其他区块链攻击：
大多数区块链使用工作证明来传达区块中经过验证的交易。工作证明的挖掘需要节点花费大量的计算能力来验证自己足够让人信服，可以将有关新交易的信息添加到数据库中
如果智能合约发生更改，区块链就会受到严重影响。由于交易无法撤销，因此就需要在区块链（区块链的新分支）中发生“分叉”才能恢复流程。
网络上充斥着停止所有功能的请求。有批评者声称区块链的去中心化降低了DDoS的风险。然而，已发生了多起针对区块链的成功攻击DD0S的事件。
区块链为无人机行业带来了新功能。无人机垂直领域一直在空中交通管制、身份管理、保险和安全方面举步维艰。2017年3月，IBM专利申请概述了使用分布式账本技术（区块链）能够给大家提供有效的技术来管理与商业和娱乐无人机相关的数据，特别是当安全风险级别被认为相比来说较高时。IBM并不是唯一一家，英特尔、埃森哲和众多个人都申请了无人机技术专利。沃尔玛比所有组织都申请了无人机技术专利。从披萨烹饪配送到配送过程中的沟通妥协。
过去七年提交的涉及无人机和区块链的专利表明了该技术的方向。中国以62%的区块链专利申请量处于全球领头羊。美国的区块链专利申请量仅占全球的22%。然而，韩国授予了54%的区块链专利申请。这些数字令美国担忧，区块链安全和流程将成为所有垂直行业的未来，而不单单是无人机行业。下面重点介绍了一些具有新闻价值的美国专利。
IBM专利申请无人机数据管理强调了使用区块链保护无人机数据。“这条链条可以被视为无人机历史轨迹的编年史。当一笔交易进行时，相应的无人机参数被发送到系统中的一个或多个计算节点做验证。一个或多个计算节点建立交易的有效性并生成新的块。一旦计算出新的区块，就可以将其附加到利益相关者的无人机区块链中。除许多其他优点外，使用区块链基础设施有助于识别多方行为不当的无人机，并将此类活动记录在不可变的分类账中。”
沃尔玛的一项专利概述了与包裹递送相关的电子通信的安全性。“身份验证可以在交付通信和控制管理系统和/或其他安全系统中通过视觉识别（例如面部识别、生物指纹分析等）、音频识别（例如语音签名、通过指纹或视网膜扫描设备做生物识别）来执行（未显示）在无人驾驶车辆上，用于扫描区块链签名或密钥进行身份验证的区块链识别，等等。”。2019年，沃尔玛提交了使用区块链克隆无人机的专利申请。沃尔玛的这项专利申请侧重于数据完整性，“区块链分类账可以存储以任何其他格式或介质存储的任何类型的信息，例如，大量不一样的指令、导航信息和地图。通过这一种方式，可以在克隆无人机上部署相同的软件配置文件”
已发表的对抗区块链无人机攻击的研究很少。然而，能够最终靠应用区块链技术的已知缺陷来开发反技术。成功的攻击涉及多个向量。使用以下向量可以制定情感反击：
如果不良行为者使用区块链进行同步无人机攻击，则能确定分散算法所需的通信带宽将显着降低。因此，共享其附近无障碍区域的情报。
正如本章开头所提到的，SSL证书用于加密区块链。当加密算法出现缺陷时，或者随着计算能力慢慢地加强，加密数据可能会被解密以泄露私人详情信息。2017年，行业无人机制造商大疆创新曾发生过SSL证书泄露事件。领先的云安全系统，例如Imperva的Incapsula，泄露了未公开数量的客户SSL证书。Imperva拥有全球十分之七的电信提供商、美国十大商业银行的一半以及其他知名行业。
无人机传感器系统由无人机的传感设备和集成的预处理功能组成。对于常见的军用无人机来说，这些传感器通常是具有不一样功能的摄像机。无人机可能配备更多传感器，例如INS、GPS和雷达。具有外部参考的传感器比具有内部参考的传感器更容易受到干扰和欺骗。外部参考通常会给系统的完整性带来风险。
考虑到这些漏洞，能够正常的使用以下步骤来应对区块链无人机攻击。以下方法是自制的黑客方法和购买的商业解决方案。
Skyjack DroneHack，由黑客兼研究员Samy Kamkar开发。四处飞行的无人机寻找区域内任何其他无人机的无线信号。强制断开目标无人机真正所有者的无线连接。使用冒充其所有者的目标无人机进行身份验证
打开我们的Burp Suit证书并将其投射到X509Certificate。
创建Trust Manager Factory并使用我们刚刚创建的包含Burp Suit证书的KeyStore对其进行初始化。
重载SSL Context并将Trust Manager与我们的Trust Manager挂钩。
传感器干扰：通过操纵UAS机载传感器而造成的无人机间通信中断能够最终靠传感器干扰进行存档。干扰传感器可能会通过提供错误的GPS信息（相机/万向节错位、航向传感器消磁等）来影响GPS信号。“直射光学传感器的高强度光会使它失明。GPS接收器可能会受到网络欺骗，即向接收器传输更强但错误的GPS信号，因此导致导航不准确。影响局部磁场可能会对需要磁定向才能正确运行的板载硬盘驱动器和传感器产生不利影响。”
使用经过验证的信号干扰、SSL拦截代理和传感器干扰技术有可能对抗区块链无人机攻击。持续不断的发展的技术将不断改变区块链的特征，但基本概念给出了流程的布局。
5G通信与区块链的结合将为无人机带来什么？反无人机系统？5G是第五代移动网络。5G是一个统一平台，将支持更大范围的频段（1GHz到毫米波）和100%的流量增加，延迟为1毫秒，以及其他改进。
5G和区块链的结合将使交通管理能够对无人机进行地理围栏。“……设想为此使用新兴的5G网络技术。5G网络技术是下一代蜂窝网络。与4G相比，它旨在提供更高的速度、更大的带宽和更短的延迟、更高的可靠性以及为更多用户更好的提供服务的能力。为此，无线电频谱被划分为不同频率的频段——从低到极高。”。区块链将用于在环境中达成共识。5G集成在UAS的各个层面（物理、网络和联合通信）和区块链将为空中交通管理带来更大的控制。中国的科研机构已经研究了怎么样去使用5G创建具有高数据速率和低服务时间的基于UAS的天线阵列系统。基于无人机的天线数据将受到区块链的保护。在网络领域的无人机出版物中（由本出版物的作者撰写）给出了从小型无人机部署网络武器的用例。研究指出，2017年美国海军军舰与商船的碰撞事件就是用这种无人机网络武器造成的。当回顾该事件的研究并结合使用5G和区块链创建基于UAS的天线时，船舶高级攻击的威胁级别有所增加。仅此一次事件就证明进攻性安全需要成为无人机商业、军事和爱好者的优先事项。
无人机的爱好、军用和商用都有其独特的攻击方式、影响和风险。地理位置、事件和意图可以决定禁止无人机攻击的方法。从民族国家冲突到户外音乐会，回顾场景并使用风险模型可以突出C-UAS方法之间的有效性。随着区块链、5G通信和UAS技术的发展，风险/威胁持续不断的增加。相反，区块链和5G通信对创建有效的反无人机系统构成了重大威胁。
区块链代表了一种颠覆性的安全技术，可以显着改善C-UAS供应链管理。由于固有的脆弱性，它还面临着一些严峻的挑战。区块链和5G通信是好坏参半，随着无人机技术的增加，威胁也随之增加。
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