Реєстраційний номер
0825U002834, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
27-08-2025
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
Метод підвищення кібербезпеки безпілотних літальних апаратів iз вбудованою системою ADS-B
Здобувач
Чжан Міньцзян Чжан,
Керівник Черних Олена Петрівна
Опонент Трубчанінова Карина Артурівна
Опонент Фесенко Герман Вікторович
Рецензент Гавриленко Світлана Юріївна
Рецензент Кучук Ніна Георгіївна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Опис
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.
Дата реєстрації
2025-07-10
Додано/оновлено в НРАТ
2025-07-10 / 2026-07-01
