Úvod

Systémy identifikácie priateľa alebo nepriateľa (IFF) sú základom vojenského letectva od ich vzniku počas druhej svetovej vojny. Tieto systémy boli pôvodne navrhnuté tak, aby zabránili incidentom s priateľskou paľbou tým, že umožnili lietadlám identifikovať sa ako priateľské. Keďže sa vo vojenskom aj civilnom vzdušnom priestore rozšírili bezpilotné lietadlá (UAV) alebo drony, potreba robustných, bezpečných a účinných systémov IFF pre tieto platformy exponenciálne vzrástla. Tento článok skúma fascinujúci vývoj systémov IFF pre bezpilotné lietadlá, od ich prvých úprav až po súčasné špičkové riešenia, ako je napríklad náš revolučný systém DroneCrypt IFF.

Vznik systémov IFF

Predtým, ako sa začneme zaoberať systémami IFF pre drony, je nevyhnutné pochopiť historický kontext technológie IFF. Koncepcia IFF vznikla v 30. rokoch 20. storočia, pričom prvý operačný systém IFF Mark I nasadilo Kráľovské letectvo v roku 1940. Tieto prvé systémy používali jednoduchý mechanizmus výzvy a odpovede: pozemný radar vyslal kódovaný signál "výzvy" a priateľské lietadlo odpovedalo správnym kódom.

S technologickým pokrokom sa zdokonaľovali aj systémy IFF. Zavedenie sekundárneho prehľadového radaru (SSR) v 50. rokoch 20. storočia znamenalo výrazný skok vpred a umožnilo komplexnejšie a bezpečnejšie metódy identifikácie. Tieto systémy vytvorili základ pre moderné riadenie letovej prevádzky a identifikáciu vojenských lietadiel.

Prvé úpravy IFF pre bezpilotné lietadlá

Počiatočná integrácia systémov IFF do bezpilotných lietadiel spočívala najmä v prispôsobení existujúcej technológie IFF lietadiel. Tieto prvé systémy IFF pre bezpilotné lietadlá zvyčajne používali transpondéry, ktoré reagovali na dotazovacie signály prednastaveným kódom, čo umožnilo operátorom rozlíšiť priateľské bezpilotné lietadlá od potenciálnych hrozieb.

Vojenské aplikácie

Vo vojenskom kontexte sa prvé systémy IFF dronov zaoberali predovšetkým prevenciou incidentov s priateľskou paľbou a udržiavaním situačného prehľadu. Tieto systémy často používali šifrovanú komunikáciu, aby zabránili protivníkom zachytiť alebo falšovať signály IFF. Obmedzený výpočtový výkon a kapacita užitočného zaťaženia prvých bezpilotných lietadiel však predstavovali významné výzvy pri zavádzaní spoľahlivých riešení IFF.

Civilné úpravy

Keď sa drony začali využívať v civilných odvetviach, ako je poľnohospodárstvo, geodézia a fotografovanie, ukázala sa potreba systémov IFF v nevojenskom kontexte. Prvé civilné systémy IFF pre drony boli často zjednodušenými verziami svojich vojenských náprotivkov a zameriavali sa viac na dodržiavanie leteckých predpisov než na bezpečnosť pred nepriateľským zásahom.

Výzvy v systémoch IFF dronov

S pokrokom technológie dronov a diverzifikáciou jej aplikácií sa v systémoch IFF objavilo niekoľko výziev:

1. Obmedzenia veľkosti a výkonu

Na rozdiel od väčších lietadiel majú bezpilotné lietadlá obmedzenú kapacitu užitočného zaťaženia a zdroje energie. To si vyžiadalo vývoj kompaktnejších a energeticky úspornejších riešení IFF. Prvé pokusy o jednoduchú miniaturizáciu existujúcich systémov IFF často viedli k zníženiu dosahu alebo funkčnosti, čo vyvolalo potrebu inovatívnych prístupov k identifikácii dronov.

2. Zvýšená sofistikovanosť hrozieb

Nárast kybernetických hrozieb a možností elektronického boja spôsobil, že tradičné systémy IFF sú zraniteľné voči rôznym útokom:

• Spoofing: Nepriateľ by mohol potenciálne napodobniť signály IFF priateľských dronov, čo by viedlo k narušeniu bezpečnosti alebo zmätku v operačnom prostredí.
• Jamovanie: Techniky elektronického boja by mohli narušiť komunikáciu IFF, čím by sa systémy stali neúčinnými.
• Zachytenie: Nedostatočne zabezpečené signály IFF by mohli byť zachytené, čo by mohlo viesť k odhaleniu citlivých informácií o operáciách dronov.

Tieto hrozby si vyžiadali vývoj bezpečnejších a odolnejších systémov IFF pre bezpilotné lietadlá.

3. Integrácia civilného vzdušného priestoru

Rastúce používanie dronov v civilných aplikáciách si vyžadovalo systémy IFF, ktoré by sa mohli bezproblémovo integrovať s riadením letovej prevádzky a vyhovovať leteckým predpisom. To predstavovalo jedinečné výzvy:

• Dodržiavanie právnych predpisov: Systémy IFF musia spĺňať normy stanovené leteckými úradmi v rôznych jurisdikciách.
• Interoperabilita: Systémy IFF civilných dronov musia účinne komunikovať s existujúcou infraštruktúrou riadenia letovej prevádzky.
• Obavy o ochranu súkromia: Potreba vyvážiť požiadavky na identifikáciu s ohľadom na súkromie civilných prevádzkovateľov dronov.

4. Škálovateľnosť

Rozširovanie bezpilotných lietadiel vo vojenskom aj civilnom sektore si vyžiadalo systémy IFF schopné zvládnuť oveľa väčší počet súčasných identifikácií. Tento problém škálovateľnosti bol obzvlášť naliehavý v scenároch zahŕňajúcich roje dronov alebo husté mestské prostredie s množstvom bezpilotných lietadiel operujúcich v tesnej blízkosti.

Pokroky v technológii IFF dronov

S cieľom riešiť tieto výzvy sa systémy IFF pre bezpilotné lietadlá výrazne vyvinuli a zahŕňajú celý rad inovatívnych technológií a prístupov:

Kryptografická bezpečnosť

Moderné systémy IFF dronov obsahujú pokročilé kryptografické techniky na zvýšenie bezpečnosti. Medzi tieto novinky patria:

• Algoritmy symetrických kľúčov: Využívajú rýchle a bezpečné metódy šifrovania na komunikáciu v reálnom čase.
• Infraštruktúra verejného kľúča (PKI): Implementácia overovania založeného na certifikátoch na zvýšenie dôveryhodnosti a bezpečnosti.
• Kódy valcovania: Používanie neustále sa meniacich identifikačných kódov na zabránenie útokom na opakovanie.

Napríklad norma STANAG 4193, ktorá sa široko používa v krajinách NATO, obsahuje kryptografické techniky na zabezpečenie komunikácie v režime 5 IFF a poskytuje model bezpečnej identifikácie dronov [1].

Integrácia s ADS-B

V prípade civilných aplikácií sa mnohé systémy IFF pre drony v súčasnosti integrujú s technológiou automatického závislého sledovania a vysielania (ADS-B). Táto integrácia ponúka niekoľko výhod:

• Zvýšená viditeľnosť: Drony môžu vysielať svoju polohu a identitu, čím sa zlepší ich viditeľnosť pre riadenie letovej prevádzky a iné lietadlá.
• Dodržiavanie predpisov: Integrácia ADS-B pomáha plniť regulačné požiadavky v mnohých jurisdikciách.
• Riadenie dopravy: Uľahčuje vývoj systémov riadenia prevádzky bezpilotných lietadiel (UTM).

Výskum Kopardekara et al. (2016) zdôrazňuje význam integrácie ADS-B pri vývoji komplexných riešení UTM [2].

AI a strojové učenie

Integrácia umelej inteligencie a algoritmov strojového učenia výrazne zlepšila schopnosť systémov IFF odhaľovať anomálie a potenciálne hrozby. Tieto pokročilé systémy dokážu:

• Analyzujte vzory: Odhaľte neobvyklé správanie v odpovediach IFF, ktoré by mohlo naznačovať pokusy o falšovanie.
• Predpovedať trajektórie: Predvídať potenciálne konflikty alebo bezpečnostné riziká na základe letových modelov dronov.
• Adaptívne zabezpečenie: Dynamicky upravujte bezpečnostné protokoly na základe vnímaných úrovní hrozieb.

Štúdie, ako napríklad štúdia, ktorú uskutočnili Brust a iní (2017), ukazujú potenciál systémov poháňaných umelou inteligenciou pri zvyšovaní bezpečnosti rojov dronov [3].

Technológia Blockchain

Niektoré špičkové riešenia IFF vrátane nášho DroneCrypt IFF začali využívať technológiu blockchain na bezpečnú a decentralizovanú správu identít dronov. Tento inovatívny prístup ponúka niekoľko výhod:

• Nezameniteľný záznam: Vytvorenie nemenného záznamu identít a činností dronov.
• Decentralizovaná dôvera: Odstránenie potreby centrálneho orgánu na správu identít.
• Vylepšená škálovateľnosť: Uľahčuje efektívnu správu veľkého počtu identít dronov.

Výskum Michelina a kol. (2019) skúma potenciál blockchainu pri zabezpečení sietí bezpilotných lietadiel a poskytuje základ pre systémy IFF založené na blockchaine [4].

Nová generácia: Kvantovo odolné IFF

S rozvojom kvantovej výpočtovej technológie rastú obavy zo zraniteľnosti súčasných kryptografických systémov. Ďalším vývojom v systémoch IFF pre drony je vývoj kryptografie odolnej voči kvantovaniu s cieľom zabezpečiť dlhodobú bezpečnosť.

Kvantová hrozba

Kvantové počítače, keď budú plne realizované, budú mať potenciál prelomiť mnohé kryptografické algoritmy, ktoré sa v súčasnosti používajú v systémoch MFF. To predstavuje významnú hrozbu pre dlhodobú bezpečnosť identifikačných a komunikačných systémov dronov.

Postkvantová kryptografia

Výskumníci a odborníci na kybernetickú bezpečnosť vyvíjajú postkvantové kryptografické algoritmy, aby túto hroziacu hrozbu riešili. Tieto algoritmy sú navrhnuté tak, aby odolali útokom z klasických aj kvantových počítačov.

DroneCrypt IFF: Riešenie odolné voči kvantovým vlnám

Náš systém DroneCrypt IFF predstavuje špičku tohto vývoja. Integráciou postkvantových kryptografických algoritmov, ako je CRYSTALS-Kyber na zapuzdrenie kľúčov a CRYSTALS-Dilithium na digitálne podpisy, poskytuje DroneCrypt IFF riešenie odolné voči budúcnosti, ktoré dokáže odolať potenciálnym hrozbám zo strany kvantových počítačov.

Medzi hlavné funkcie DroneCrypt IFF patria:

• Kvantovo odolné algoritmy: Využitie kryptografie založenej na mriežkach pre 256-bitovú post-kvantovú úroveň bezpečnosti.
• Vysokorýchlostný výkon: Dosahuje časy generovania kľúčov, zapuzdrenia a dekapsulácie kratšie ako 1 ms.
• Integrácia blockchainu: Využitie Hyperledger Fabric na bezpečnú, decentralizovanú správu identít dronov.
• Zabezpečenie s umelou inteligenciou: Využitie modelov strojového učenia na detekciu anomálií a hodnotenie hrozieb v reálnom čase.

Tento prístup zaručuje, že identifikácia dronov zostane bezpečná aj pri neustálom rozvoji výpočtových možností, čím sa DroneCrypt IFF dostáva na špičku bezpečnostných technológií pre drony.

Budúce trendy v systémoch IFF pre drony

Pri pohľade do budúcnosti je pravdepodobné, že ďalší vývoj systémov IFF pre drony bude ovplyvňovať niekoľko nových trendov:

1. Inteligencia roja

S rozvojom technológie rojov dronov sa budú musieť systémy IFF vyvíjať tak, aby zvládli kolektívnu identifikáciu a autentifikáciu. To môže zahŕňať vývoj nových protokolov pre správu identity celého roja a komunikáciu v rámci roja.

2. Edge Computing

Integrácia okrajových výpočtových systémov do bezpilotných lietadiel by mohla umožniť sofistikovanejšie palubné spracovanie údajov IFF, čím by sa znížilo oneskorenie a zlepšil čas reakcie v kritických situáciách.

3. 5G a ďalej

Zavádzanie sietí 5G a budúcich telekomunikačných technológií bude pravdepodobne zohrávať významnú úlohu v systémoch IFF dronov, pretože umožní rýchlejšiu, bezpečnejšiu a spoľahlivejšiu komunikáciu medzi dronmi a pozemnými riadiacimi stanicami.

4. Adaptívne využívanie frekvenčného spektra

Keďže elektromagnetické spektrum je čoraz viac preplnené, budúce systémy IFF možno budú musieť využívať techniky adaptívneho využívania spektra, aby sa zabezpečila spoľahlivá komunikácia v sporných prostrediach.

5. Integrácia biometrických údajov

Na zvýšenie bezpečnosti, najmä pri citlivých operáciách, by budúce systémy IFF dronov mohli zahŕňať biometrickú autentifikáciu operátorov, čím by sa pridala ďalšia vrstva overovania identity dronov.

Záver

Vývoj systémov IFF pre drony odráža rýchly pokrok a diverzifikáciu samotnej technológie dronov. Od jednoduchých systémov založených na transpondéroch až po sofistikované riešenia s umelou inteligenciou, zabezpečené blockchainom a odolné voči kvantám, ako je DroneCrypt IFF, sa tieto systémy prispôsobili rastúcim výzvam identifikácie a bezpečnosti dronov.

Keďže bezpilotné lietadlá budú naďalej zohrávať čoraz dôležitejšiu úlohu vo vojenských aj civilných aplikáciách, vývoj systémov IFF bude nepochybne pokračovať. Budúci vývoj môže zahŕňať ešte pokročilejšie schopnosti umelej inteligencie, lepšiu integráciu s globálnymi systémami riadenia letovej prevádzky a nové prístupy k zabezpečeniu komunikácie dronov v čoraz spornejších elektromagnetických prostrediach.

Cesta od počiatkov IFF k najmodernejším riešeniam, ako je DroneCrypt IFF, dokazuje neuveriteľné tempo technologického pokroku v tejto oblasti. Pri pohľade do budúcnosti je zrejmé, že systémy IFF zostanú rozhodujúcim prvkom pri zabezpečovaní bezpečnej, zabezpečenej a efektívnej prevádzky bezpilotných lietadiel na našej oblohe.

Odkazy

[1] Štandardizačný úrad NATO. (2016). STANAG 4193: Technické charakteristiky dotazovačov a transpondérov IFF Mk XIIA a Mode S.

[2] Kopardekar, P., Rios, J., Prevot, T., Johnson, M., Jung, J., & Robinson III, J. E. (2016). Koncepcia prevádzky bezpilotného systému riadenia letovej prevádzky (UTM). Konferencia AIAA o leteckej technológii, integrácii a prevádzke.

[3] Brust, M. R., Danoy, G., Bouvry, P., Gashi, D., Pathak, H., & Gonçalves, M. P. (2017). Obrana proti vniknutiu škodlivých UAV pomocou sieťových obranných rojov UAV. 2017 IEEE 42nd Conference on Local Computer Networks Workshops (LCN Workshops), 103-111.

[4] Michelin, R. A., Dorri, A., Lunardi, R. C., Steger, M., Kanhere, S. S., Jurdak, R., & Zorzo, A. F. (2019). UAVchain: UAVchain (UAVchain) - systém, ktorý sa používa na spracovanie údajov a ich analýzu: A Blockchain-based Secure UAV Network (Bezpečná sieť bezpilotných lietadiel založená na blockchaine). 2019 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 1-6.

[5] Národný inštitút pre štandardy a technológie. (2022). Štandardizácia postkvantovej kryptografie. https://csrc.nist.gov/Projects/post-quantum-cryptography/post-quantum-cryptography-standardization

[6] Shrestha, R., Nam, S. Y., Bajracharya, R., & Kim, S. (2020). Evolution of IFF Systems and Their Integration in Modern Warfare (Vývoj systémov IFF a ich integrácia v modernej vojne). IEEE Access, 8, 212998-213020.

[7] Chuang, J., & Nguyen, H. (2021). Systém správy identity dronov založený na blockchaine. In Proceedings of the 2021 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 1123-1128.