LoPhy: устойчивый и быстрый скрытый канал поверх физического уровня LoRa

Скрытые каналы, способные обходить логические средства защиты компьютерных систем и приводить к утечке конфиденциальной или чувствительной информации, давно рассматриваются в исследовательском сообществе в области сетевых технологий как проблема безопасности. Однако недавние исследования показали, что взаимодействующие агенты могут использовать «скрытый» канал для расширения возможностей связи легитимных приложений, а не только злоумышленники, стремящиеся нарушить безопасность компьютерных систем. Это дополнительно расширяет потенциальные области применения скрытых каналов. Несмотря на это, проектированию и реализации скрытых каналов в контексте сетей дальней связи с низким энергопотреблением (Low Power Wide Area Networks, LPWAN) до сих пор уделялось недостаточно внимания. Современные решения используют манипуляцию включением—выключением (On-Off Keying, OOK) на физическом уровне LoRa (PHY) для создания скрытого канала, однако такой канал имеет ограниченные дальность передачи и пропускную способность. В данной работе предлагается LoPhy — устойчивый и быстрый скрытый канал поверх физического уровня (PHY) LoRa. В LoPhy используется схема модуляции с расширением спектра чирпами (Chirp Spread Spectrum, CSS), повышающая устойчивость канала; также исследуется компромисс между пропускной способностью скрытого канала и устойчивостью легитимного канала. Предложенный скрытый канал реализован на серийно выпускаемых устройствах и программно-определяемых радиосистемах; показано, что LoPhy обеспечивает коэффициент битовых ошибок 0,57% на расстоянии 700 м, не влияя на производительность легитимного канала. Кроме того, представлены два приложения, поддерживаемые LoPhy, демонстрирующие его потенциал. По сравнению с современными решениями LoPhy обеспечивает снижение числа битовых ошибок до 18 раз и повышение устойчивости к шуму до 63 раз.