Registration Number
0825U002834, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
27-08-2025
popup.evolution
o
Title
Method for increasing the cybersecurity of unmanned aerial vechicles with a built-in ADS-B system
Author
Minjian Z. Zhang,
popup.head Olena P. Chernykh
popup.opponent Karina A. Trubchaninova
popup.opponent Herman V. Fesenko
popup.review Svitlana Y. Gavrylenko
popup.review Nina H. Kuchuk
popup.rada
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"
Description
Дисертація присвячена розв’язанню актуальної науково-прикладної задачі забезпечення кібербезпеки безпілотних літальних апаратів (БПЛА) шляхом розробки методів прихованого вбудовування ідентифікаторів у повідомлення формату ADS-B на базі спектрального стеганографічного підходу.
Об’єкт дослідження: Процес захисту ідентифікаційних даних безпілотних літальних апаратів у форматі ADS-B.
Предмет дослідження: Метод підвищення кібербезпеки БПЛА шляхом стеганографічного вбудовування ідентифікаторів формату ADS-B.
Мета дослідження: Метою дисертаційної роботи є підвищення кібербезпеки БПЛА з вбудованою системою ADS-B шляхом розробки методу прихованого вбудовування ідентифікаторів з використанням методу прямого розширення спектра та модифікації частотних компонентів сигналу.
У вступі обґрунтовано актуальність проблеми захисту систем ADS-B, зростаючу кількість атак на безпілотну авіацію, вразливість каналів передачі даних та необхідність підвищення прозорості й прихованості ідентифікаційної інформації.
У першому розділі проаналізовано сучасні підходи до захисту ADS-B, класифіковано типи кіберзагроз, виявлено відсутність ефективних практичних рішень щодо прихованого вбудовування даних у широкомовні канали.
У другому розділі побудовано математичну модель процесу передачі ADS-B даних у стеганосистемі на основі китайської теореми про остачі та кільця цілих чисел. Запропоновано формальний опис параметрів прихованої передачі ідентифікаторів та використання GERT-схем для обчислення часових характеристик (W-функцій) системи кодування/декодування.
У третьому розділі розроблено метод вбудовування ідентифікатора в спектральні компоненти ADS-B сигналу з використанням дискретного перетворення Фур’є. Вдосконалено підхід до адаптивного вибору частот із врахуванням локальної потужності сигналу, що забезпечує прихованість і мінімальні спотворення.
У четвертому розділі проведено експериментальні дослідження та чисельну оцінку ефективності: встановлено, що метод знижує ймовірність виявлення до 0,5%, покращує коефіцієнт кореляції між оригінальним та вбудованим сигналами до 0,9999999999, зменшує NMSE у 10 разів, а максимальна амплітудна різниця не перевищує 0,06. Результати протестовано на SDR-платформі PXI 1062.
У висновках наведено основні результати наукової роботи щодо вирішення поставлених наукових задач дослідження.
За результатами дослідження отримано такі наукові результати:
1. Уперше розроблено математичну модель процесу стеганографічного вбудовування ідентифікатора БПЛА в дані формату ADS-B. Модель базується на китайській теоремі про остачі та теоремі про кінцеве цілісне кільце. Комплексна математична формалізація дозволила оцінити еквівалентні W-функції часу стеганографічного кодування та декодування ідентифікаторів БПЛА із вбудованою системою ADS-B.
2. Уперше розроблено метод стеганографічного вбудовування ідентифікаторів в дані формату ADS-B з використанням перетворення Фур'є. Відмінною особливістю розробленого методу є комплексне використання алгоритмів адаптивної модифікації спектральних компонентів сигналу для зменшення спотворень даних формату ADS-B. Це дозволило до 4 разів підвищити рівень скритності вбудованої інформації.
3. Вдосконалено спосіб адаптивного вибору спектральних компонентів сигналу ADS-B для вбудовування ідентифікатора, який відрізняється від відомих динамічним регулюванням амплітуди вбудовування у кожному фрагменті сигналу. Це дозволило зменшити ймовірність помилок розпізнавання прихованої інформації до 2 разів.
Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:
- знижено ймовірності помилок розпізнавання вбудованої інформації (Bit Error Rate, BER) до менше ніж 0,5% при силі вбудовування Ls = 5·10⁻⁵;
- забезпечено високого ступеня прозорості – коефіцієнт кореляції між оригінальним і модифікованим сигналом досяг 0,9999999999, що свідчить про практично непомітні зміни сигналу;
- зменшено NMSE (нормалізованої середньої квадратичної помилки) в 10 разів порівняно з відомим методом mp3stego;
- при використанні розробленого методу максимальна амплітудна різниця (MD) не перевищує 0,06, а середня абсолютна різниця (AD) – 0,0028 для сили вбудовування Ls = 20%;
- досягнуто зменшення часу кодування стеганографічної інформації в режимі реального часу до середнього значення 1,18 умовних одиниць, що підтверджено GERT-моделюванням;
- експериментальні результати показали зниження дисперсії часу стеганографічного перетворення до 1,56 при використанні китайської теореми про остачі;
- забезпечено адаптивність методу, що дозволяє уникнути візуального або статистичного виявлення прихованої інформації у понад 95% тестових випадків.
Registration Date
2025-07-10
popup.nrat_date
2025-07-10 / 2026-07-01
