基于无人机的6G网络安全性分析与挑战

III-A 仿冒无人机基站

III-A1 紧急警报欺骗

紧急警报是移动运营商提供的最敏感的服务之一。它们旨在以高优先级到达特定区域的用户，通知人们有关地震、洪水、恐怖袭击或失踪儿童等威胁。收到警报后，即使手机/平板电脑处于静音模式，也会产生响亮的声音和振动以确保立即引起注意。这些警报通过系统信息块传递，在当前 3GPP 实现中，SIB 既未经认证也未加密。这一设计决策最大限度地提高了警报的可达性，但也为紧急警报欺骗打开了大门。

研究使用开源 OpenAirInterface 项目实现了紧急警报服务。该实现需要修改多个文件以支持相应 SIB 的创建、调度和传输。初步结果表明，Android 和 iOS 手机都成功接收到了警报消息。我们观察到智能手机和平板电脑会解析这些警报，其中的链接、电话号码和电子邮件地址可直接在警报屏幕上点击。这将一个安全机制转变为一个强大的钓鱼载体。将此类攻击扩展到无人机基站会带来更大的风险，因为无人机可以在大片区域内移动。此外，我们观察到，即使核心网离线，警报消息也可以由恶意 gNB 发送并被 UE 接收。因此，广播虚假警报可以由恶意无人机基站完成，而不依赖任何核心网。借助支持 AI 的智能手机助手，可以想象与 AI 助手直接交互的自动化利用。重点应放在描述用户与欺骗警报的交互行为，以及分析不同设备如何解析它们。缓解技术有待研究并集成到 6G 网络标准中。一种有前景的方法是根据政府警报注册表验证收到的警报。另一个方向是为 SIB 设计完整性检查以防止欺骗。

![图 2：紧急警报欺骗]

III-A2 切换操纵

切换过程是蜂窝网络的基础。它们允许用户设备在不同 gNB 之间切换而服务不中断。然而，这些过程主要依赖于信号强度测量，这使其容易受到仿冒攻击。这些测量是加密的。尽管如此，已有研究表明，攻击者设置一个模仿合法 gNB 的虚假 gNB，可以利用切换过程中的漏洞导致 DoS、MitM 攻击以及信息披露。这反过来会影响用户和运营商。

在 6G NTN 背景下，恶意无人机基站可以操纵自身靠近目标用户设备，从而使攻击更加有效。实际上，为了成功攻击，攻击者应在受害者用户设备的频率上发送信号，且信号强度高于合法信号。为了应对这些攻击，需要研究异常检测策略，例如分析正常切换行为并标记由恶意无人机引起的偏差。

III-B 对无人机基站的攻击

III-B1 通过 RRC 风暴攻击进行 DoS

![图 3：RRC 信令风暴攻击]

初始附着和连接过程，在 5G 中称为随机接入信道过程，是未经认证的。gNB 在未接收和验证用户身份的情况下为用户分配资源。这使得 RACH 过程容易受到重复连接尝试的攻击，这些尝试会耗尽 gNB 资源，导致 DoS。这种攻击被称为无线资源控制信令风暴攻击。图 3 显示了攻击时间线。在 Msg4 阶段，gNB 为用户分配资源。攻击者则继续重启 RACH 过程，假装是一个新用户设备。gNB 将不断为攻击者分配资源直到资源耗尽，导致正常用户设备连接尝试被拒绝。

基于无人机的 6G 网络中的安全挑战

![图 4：无人机基站引入的安全挑战：环境、回程、定位和能源 - 计算约束共同扩大了攻击面。]

由于计算和能源预算有限，无人机基站面临更高的风险。需要在无人机基站环境中探索 RRC 风暴攻击的检测和缓解。针对地面 gNB 的现有工作表明，比较接收到的连接请求数量与成功附着数量为检测提供了基线。如果前者远大于后者，他们假设发生了攻击。但尚未提出缓解技术。

通过利用攻击者位置保持不变，而真实用户的连接请求来自不同地点这一事实，有可能检测到攻击者。信号的物理特性可用于区分攻击者和真实用户设备。可以使用数学建模和/或轻量级分类算法。接收功率、到达角和连接请求的分布是应对此挑战的有希望的元素。此外，可以通过丢弃来自已识别攻击者的请求来提出缓解技术。利用无人机基站的移动性，更多的缓解技术成为可能，包括无人机基站的自适应重新定位，以及部署额外的无人机来绕过局部化攻击。

III-B2 干扰和 GNSS 欺骗

无人机基站依赖于两种特别脆弱的无线技术：用于连接的回程链路和用于导航的 GNSS 信号。两者都可能被利用来破坏无人机操作。对回程链路的干扰攻击可能导致大规模 DoS。另一方面，GNSS 欺骗可能误导无人机进入错误的飞行路径，造成覆盖中断，甚至将其推入限制区域。对于干扰，存在多种干扰类型，例如：恒定干扰、响应式干扰、随机干扰和欺骗式干扰。此外，GNSS 欺骗可以改变无人机轨迹和定位。

因此需要探索防御措施。对于干扰，缓解技术包括：1) 波束置零，即接收机在特定方向上失效；2) 无人机重新定位，即无人机基站改变位置以避免定向干扰；3) 利用额外无人机基站进行协同防御，或在主无人机基站受到干扰时使用额外无人机基站的可能性。对于 GNSS 欺骗，缓解技术包括：跨 GPS、伽利略和北斗的多星座融合，结合信号功率监测和到达角估计。另一项特定于 6G TN-NTN 的缓解技术是，有可能与地面网络交叉验证无人机基站的位置。回程辅助验证，即无人机位置与地面 gNB 确定的位置进行交叉比对，是一种有前景的方法。

图 4 总结了无人机基站在 6G 系统中引入的安全挑战。

IV 立场与行动呼吁

当连接延伸到空中时，必须重新考虑关于安全的地面网络假设。保护基于无人机的网络需要将安全作为设计原则集成到 NTN 标准中，需要网络安全、通信和航空界之间的跨学科合作。在处理性能、高效安全措施与轻量化设计以实现更好飞行能力之间取得平衡至关重要。

V 结论

基于无人机的 6G NTN 对于应急连接和未来智慧城市生态系统将不可或缺。本文介绍了基于无人机的 6G 网络引入的安全挑战，并讨论了缓解技术。必须解决这些挑战，以确保一个安全、完全集成的空 - 地 6G 系统。