بروتوكولات الاتصالات المضمونة القائمة على أساس صاف لهندسة الهياكل الأساسية الحيوية

M-ary FSK and Spectral Efficiency

أما بالنسبة للطلبات التي تتطلب معدلات بيانات أعلى، فإن نظام المعلومات المالية المتعدد الأطراف يستخدم أكثر من ترددين، حيث أن M] الترددات المحتملة، فإن كل رمز يحمل لوحات تحمل 4 درجات _](2) (M)]، في حين أن هذا يحسن كفاءة الاستهلاك، فإنه يتطلب أيضاً نطاقاً بيئياً أكثر تعقيداً.

مقارنة مع خطط التعديل الأخرى

وتمنح مؤسسة " FSK " مزايا متميزة على مفاتيح الشحنات المتحركة (PSK) و " ASK " ، ولا سيما في الظروف الصناعية القاسية، وتحتاج شركة PSK إلى تزامن زمني دقيق، مما قد يصعب المحافظة عليه في بيئات تتلاشى فيها الحركات المتعددة الاختلالات أو تحولات الدوبل، كما أن نظام مراقبة الطاقة غير المزودة بالأجهزة الكهربائية، هو الأكثر تشوه.

المعالم الأمنية للبروتوكولات الأساسية

Encryption at the Link Layer

وتُستخدم بروتوكولات شبكة المعلومات المالية في الطبقات المادية وطبقات الربط بين البيانات في نموذج التفتيش الموقعي، ولكن يمكن الجمع بينها وبين آليات التشفير لحماية سرية الحمولة، كما أن العديد من أجهزة اللاسلكي الحديثة القائمة على أساس الترددات المزودة بأجهزة الاستنشاق المتقدمة (AES-128 أو AES-256) في مستوى مراقبة الوصول إلى وسائط الإعلام، مثلاً، أجهزة الاستنشاق غير المُعدية للأجهزة اللاسلكية التي تستخدم في كثير من الأحيان أجهزة التكسيد العالي

Sectrum (FHSS)

ومن الركن الأساسي لضمان الاتصالات بين القوات المسلحة لجمهورية كوريا الشعبية الديمقراطية، تواتر التجسس على المنبوذين، وفي محطة الخدمات الصحية الدولية، يتغير تردد الناقل من بين مجموعة من القنوات التي لا يعرفها سوى جهاز الإرسال والاستقبال، وهذه التقنية توفر عدة مزايا أمنية:

• Anti-jamming:] A narrowband jammer can block only one frequency at a time; the system simply hops to the next available channel.
• Eavesdropping resistance:] An adversary without knowledge of the hopping sequence cannot reconstruct the transmitted signal.
• Low probability of detection:] Spread-spectrum signals are spread across a wide bandwidth, making them hard to detect and intercept with standard spectrum analyzers.

وتستخدم محطة الفضاء الدولية على نطاق واسع في أجهزة اللاسلكي العسكرية والناقدة للهياكل الأساسية (مثل معايير الربط بين البيانات التكتيكية) واعتمدت في عدة بروتوكولات صناعية لاسلكية، مثل شركة WirelessHART و ISA100.11a، يستخدم كلاهما طبقات مادية مقرها FSK مع قفزات ترددية محددة.

هوية الجهاز

ويُنفَّذ الوصول المأذون به من خلال بروتوكولات التوثيق التي تتحقق من هوية كل جهاز قبل منحه دخول الشبكة، وفي النظم القائمة على أساس نظام المعلومات المالية، يمكن تطبيق التوثيق باستخدام التوقيعات الرقمية أو المفاتيح المشابهة أو المبادلات المستندة إلى شهادات، ويعني انخفاض معدل البيانات في العديد من وصلات نظام المعلومات المالية (الآلات المتعددة الترددات) التي تحمي أجهزة الترميز المتطورة أن تكون خفيفة الوزن، وكثيرا ما تعتمد على آليات الاستجابة للتحديات ذات المتماثلات الأمنية المتطورة.

النزاهة ومكافحة التلاعب

ولمنع المهاجمين من تغيير رسائل القيادة أو إعادة توجيهها، فإن بروتوكولات اتحاد رابطات الموظفين المدنيين الدوليين تشمل عادة مدونات لسلامة الرسائل وأرقام متتالية، وتحسب وزارة الدفاع المدني على الحمولة وعدم استخدام مفتاح قياسي، بما يضمن الكشف عن أي تعديل، وتخفف الهجمات برفض مجموعات تحمل أرقام متسلسلة أو بأوقات، وتتسبب هذه الآليات في حدوث إخفاقات في تطبيقات مثل ضبط أجهزة التفجير عن بعد.

التطبيقات في الهياكل الأساسية الحرجة

Power Grid Management

وتحتاج شبكة الكهرباء إلى وصلات اتصال موثوقة وآمنة على حد سواء، وتُستخدم أجهزة اللاسلكي التي تستخدمها مؤسسة FSK عادة في التشغيل الآلي للتوزيع، حيث تربط وحدات المحطات النائية بمراكز الدعم والمراقبة، كما أن الترددات التي توفرها شبكة الاتصالات السلكية واللاسلكية تساعد على مقاومة التدخل العرضي من خطوط الكهرباء، فضلا عن محاولات التشويش المتعمدة في أجهزة النقل التي تستخدمها محطة FTUs.

معالجة المياه والمياه المستعملة

وتعتمد مرافق المياه على نظم الوكالة على رصد المضخات والصمامات ومعدات التعبئة الكيميائية، وكثير من هذه المواقع بعيدة جغرافيا، مما يجعل الاتصالات السلكية باهظة التكلفة، وتوفر شبكات اللاسلكية القائمة على شبكة FSK بديلا فعالا من حيث التكلفة، مع وجود نطاق كاف )حتى بعد عدة كيلومترات( والتغلغل عن طريق هياكل ملموسة ومعدنية، وينفذ الأمن عن طريق أجهزة الاستنشاق التابعة لشبكة المياه الجوفية وأجهزة الاستنشاق، ويمنع التدفقات غير المأذون بها من المياه.

نظم مراقبة النقل

وتتوقف جميع الاتصالات الآمنة الخالية من التدخل على الإشارة إلى السكك الحديدية وإدارة الضوء على حركة المرور وإضاءة المدرجات في المطارات، وتُفضل بروتوكولات FSK في هذه التطبيقات لأنها يمكن أن تعمل في وجود ضوضاء الكهرومغناطيسية عالية من محركات الحركة وأجهزة نقل الطاقة، وعلى سبيل المثال، يستخدم النظام الأوروبي لمراقبة القطارات شكلا من أشكال الوصل بينات الإلكترونية الأوروبية، ويحيل سلطات الحركة الآمنة إلى التدريبات.

شبكات المراقبة الصناعية (ICS/SCADA)

وتستخدم محطات التصنيع ومصافي النفط ومرافق المعالجة الكيميائية شبكات ميدانية قائمة على أساس الترددات المفلورة مثل HART (Highway Addressable Remote Transducer) وتزيد من سرعة استخدام بروتوكول HART على أجهزة خط أنابيب FSK (1200 Hz و 2200 Hz) على أعلى إشارة متشابهة من 4-20 mA، مما يتيح لكل من أدوات التناظر والاتصالات الرقمية لدعم أجهزة الاختراق الاصطناعية.

التحديات في مجال النشر

إدارة الاختلاط والتداخل

وتتزايد اكتظاظ نطاقات الإدارة المتكاملة للمواد الكيميائية (مثل 868 ميغاهيرتز و 915 ميغاهيرتز و 2-4 غيغاهرتز) التي تستخدمها نظم عديدة من نظم الترددات المزودة بأجهزة اللاسلكية والواي - في وبلوتووث وغيرها من الأجهزة اللاسلكية، ويمكن أن تؤدي استراتيجيات الطيف المتناغم مثل التصفح الترددي إلى تخفيف حدة التدخل، ولكنها تتطلب التنسيق مع نظم أخرى غير ممكنة في جميع الحالات.

توحيد المعايير وإمكانية التشغيل المتبادل

(ب) لا تزال هناك بروتوكولات خاصة بمؤسسة FSK، مما يجعل من الصعب إدماج المعدات من مختلف البائعين؛ كما أن معايير مثل IEE 802.15.4g (شبكات الطاقة الذكية) والتحالف الدولي للكهرباء 61850 من أجل التشغيل الآلي للاستبدال تحدد طبقات مادية قائمة على أساس FSK، ولكن التبني غير شامل؛ كما أن بعض البروتوكولات تعتمد على ضعف البنية التحتية للشبكة (مثلاً، تركيبة RC4) أو عدم وجود أي نوع من أنواع المساعدة

التكامل مع نظم الإرث

وهناك العديد من مواقع الهياكل الأساسية الحيوية التي تستخدم أجهزة ملغومة أو تسلسلية منذ عقود، وكثيرا ما يتطلب إعادة استخدام هذه النظم بالأجهزة اللاسلكية الحديثة التابعة لمؤسسة FSK بوابات بروتوكولية تترجم بين الصيغ المتسلسلة (RS-232/RS-485) والصيغ اللاسلكية، وتتحول البوابة إلى اختناقات أمنية محتملة ونقطة فشل واحدة، وبالإضافة إلى ذلك، قد تفتقر الأجهزة القديمة إلى القدرة على تجهيزها لتؤدي عملية التشفيرها، مما يجعل المشغلين وحدات الهجرة الخارجية غير متوقفة.

التساهل والتصميم

فثائط المراقبة في الوقت الحقيقي )مثلاً، تنظيم الفولط الداخلي في محطة توليد الطاقة( تتطلب التساهل في ترتيب الألف ثانية، وطرائق تشغيل الترددات ذات الترددات الضيقة، تكون بطبيعتها معدلات بيانات أبطأ، وتزيد من التركيب/التكفير، ويمكن أن تؤدي عمليات التكفير إلى تأخيرات عند استيفاء البُعد الزمني المحدد للحلقات، لا سيما في شبكات التكسيد.

التوجيهات والبحوث المستقبلية

تعليم الإذاعات والمآشين المعرفيين

(د) التكنولوجيا اللاسلكية المعرفية تمكّن الأجهزة القائمة على شبكة المعلومات المالية من الشعور بالبيئة الكهرومغناطيسية وتكييف مع معايير نقلها في الوقت الحقيقي، وبتطبيق خوارزميات التعلم الآلات لتصنيف مصادر التدخل، يمكن لنموذج معرفي من طراز FSK التنبؤ بظروف القنوات المستقبلية والقفز بشكل استباقي إلى تردد أكثر وضوحاً، وهذا النهج يعزز كل من أنماط الارتداد والأمان على حد سواء يمكن أن تشير إلى هجوم مُزِّدِّد.

التشفير كمي المقاومة

ويشكّل ظهور الحوسبة الكمي تهديداً طويل الأجل للأغلافير العامة المستخدمة عادةً لضمان التبادل الرئيسي، ويجب على النظم القائمة على أساس البرمجيات الحرة، ولا سيما النظم التي تدوم مدة طويلة (20+ سنة في إطار وحدات فرعية)، أن تخطط لمستقبل تُحطَّم فيه معايير الترددات العالية والتراكم الاقتصادي، ويجري تطوير بروتوكولات التبريد القائمة على الترددات العالية في النظم الأساسية القائمة على الموارد.

5G/6G Integration and Network Slicing

ويمكن للشبكات الخلوية ذات الجيل الخامس (5G) أن توفر الاتصالات المنخفضة الموثوقة التي يمكن أن تكمل الشبكات المحلية القائمة على أساس FSK، ويمكن أن يستخدم هيكل هجين البرمجيات الحرة في مصنع للمراقبة المحددة و5G بالنسبة للمناطق الواسعة النطاق في التحليلات القائمة على الغيوم، ويمكن أن يؤدي قطع الشبكة إلى إنشاء شبكة مكرّسة للحركة الأساسية، معزولة عن خدمات المستهلكين.

جهاز أمن الوزن الضئيل لنساء إدج

وهناك العديد من أجهزة الاستشعار الحيوية للهياكل الأساسية تعمل بالبطارية ولديها قدرة حاسوبية محدودة، ويقوم الباحثون بوضع بروتوكولات أمنية خفيفة مصممة حسب معدلات البيانات المنخفضة لمؤسسة FSK، مثل التوقيعات الرقمية المضغطة (مثلاً، التوقيعات على قناة BLS ذات مفاتيح قصيرة) وقطع الشفرات ذات أحجام صغيرة (مثلاً، PRESENT أو SPECK)، وتهدف هذه المقترحات إلى توفير أجهزة مستخرجة غير مثبتة.

خاتمة

فوجود خطوط مفاتيح الشحنة المتواترة يظل حجر الأساس لضمان الاتصالات الآمنة في البنية التحتية الحيوية نظراً إلى ما تنطوي عليه من قدرة على الصمود من الضوضاء، وصلاحية الروابط البعيدة المدى، والتوافق مع تقنيات البذور، وعند دمج الاختلاط والتوثيق، وبرمجيات الترددات، يمكن أن تصمد أمام مجموعة واسعة من التهديدات الإلكترونية والمادية، وتظهر عمليات النشر عبر شبكات الكهرباء ونظم المياه وشبكات النقل والمراقبة الصناعية(6).