Düşük maliyetli alıcılarda RF parmak izi oluşturma yöntemine dayalı kablosuz vericilerin kimlik tespiti
Identification of wireless transmitters based on RF fingerprinting in low-end receivers
Yazar: ABDULLAH ASLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK TAŞCIOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Kablosuz yerel haberleşme ağlarında kablosuz vericilerin tanımlanması ve yetkilendirilmesi, siber saldırıların ve yetkisiz kullanıcı girişlerinin önlenmesi açısından önemlidir. Geleneksel güvenlik katmanlarında kablosuz vericiler, radyo sinyallerindeki sayısal kimlik bilgilerinin elde edilmesi yoluyla tanımlanmaktadır. Fakat sayısal kimlik bilgilerinin taklit edilebilmesinden dolayı bir vericinin kopyalanmış olduğu, mevcut güvenlik algoritmaları tarafından ayırt edilemez. Kablosuz vericilerin sinyal üretici devre katmanında yer alan analog-sayısal çeviriciler (ADC), filtreler, frekans karıştırıcılar ve kuvvetlendiriciler birbirinden farklı ve taklit edilebilmesi oldukça zor olan donanım kusurlarına sahiptir. Dolayısıyla her bir verici cihaz, iletim sinyallerine yansıyan bu kusurlar temel alınarak üretilecek bir RF parmak izi yardımıyla ayırt edilebilir. Mevcut RF parmak izlerinin çoğu yüksek maliyetli RF alıcılar ile geliştirilmiş ve bu şartlardaki başarım sonuçları literatürde yer almıştır. Ancak, bu cihazlarda geliştirilen yöntemlerin pratikte yaygın olarak kullanılması için düşük sistem maliyeti ve sistem esnekliği açılarından değerlendirilmesi gerekmektedir. 

Bu tez kapsamında, düşük maliyetli alıcılarla toplanan geçici rejim sinyallerinden RF parmak izleri üretilmiş ve bu yolla verici kimlikleri tespit edilmiştir. RF parmak izleri geçici rejim sinyallerinin anlık genlik özniteliklerinden elde edilmiştir. Mevcut bazı çalışmalarda, düşük maliyetli alıcıların geçici rejim sinyalinin RF parmak izi çıkarımında kullanılmasının uygun olmayacağı deneysel ya da benzetim yapılmaksızın ifade edilmiştir. Tezde elde edilen deneysel sonuçlar bu iddianın geçersiz olduğunu ortaya koyduğundan tez çalışması özgün ve literatüre katkı sağlayacak niteliktedir.

Geçici rejim sinyalleri, iletim sinyallerinin başında yer aldığı için bu sinyalleri kullanan yöntemler, öntakı ve veri gibi sinyal kısımlarını kullanan yöntemlere kıyasla daha düşük tepki gecikmesine sahiptir. Ayrıca, öntakı gibi belirli bazı standartlarda yer alan sinyal bölgelerinin aksine, tüm vericiler tarafından üretilmektedir. Tez kapsamında geçici rejim sinyallerine dayalı RF parmak izi çıkarımının ilk kez düşük maliyetli bir alıcıyla gerçek bir sistemde sınanmış olması, bu yöntemin düşük tepki süresinin kritik olduğu uygulamalarda kullanılabilmesi açısından önemlidir.
Ocak 2020, 56 sayfa

Abstract:
Identifying and authorizing wireless transmitters in wireless local communication networks is important to prevent cyber-attacks and unauthorized user access. In conventional security layers, wireless transmitters are identified by obtaining digital identification information in radio signals. However, it is indistinguishable by existing security algorithms that a transmitter has been copied due to the ability to emulate digital identification information. Analog-digital converters (ADC), filters, frequency mixers and amplifiers used in the signal generator circuit layer of wireless transmitters have hardware imperfections that are very different and difficult to emulate. Thus, each transmitting device can be identified using RF fingerprints that are generated based on the characteristics in the transmission signals induced by these imperfections. Many of the existing RF fingerprints have been developed with high-end RF receivers and the performance results in these conditions have been reported in the literature. However, the methods developed in these devices should be evaluated in terms of low system cost and system flexibility in order to be widely used in practice.

In this thesis, RF fingerprints were obtained from transient signals collected with low cost receivers and transmitters were identified in this way. RF fingerprints were obtained from the instantaneous amplitude characteristics of transient signals. In the literature, it has been claimed that the use of the transient signals for RF fingerprinting in low-cost receivers would be inappropriate without providing any experimental or simulation results. Since the experimental results obtained in the thesis reveal that this claim is invalid, the thesis is novel and will contribute to the literature.

Since the transients are at the start of the transmission signals, the methods that use these signals have a lower latency compared to methods using signal parts such as the preamble and data. Moreover, transients are produced by all type of transmitters. On the other hand, preamble signals are used for certain type of standards. In the thesis, RF fingerprint extraction based on transients is tested on a real system using a low cost receiver for the first time.  This work is important in order to use low cost RF fingerprinting methods in real applications where low latency is critical.

January 2020, 56 pages