Code Division Multiple Access (CDMA) on langaton viestintätekniikka, jolla on ollut merkittävä rooli verkon tietoturvan ja tietosuojan parantamisessa. Käyttämällä ainutlaatuisia koodausjärjestelmiä ja taajuuksia, CDMA varmistaa, että aaltojen kautta välitetyt tiedot pysyvät turvallisina ja vähemmän alttiina sieppaukselle tai häirinnälle. Toisin kuin vanhemmat monikäyttömenetelmät, jotka erottavat käyttäjät taajuudella tai ajalla, CDMA määrittää kunkin puhelun erillisen koodin, jolloin useat lähetykset voivat jakaa saman taajuuskaistan samanaikaisesti. Tämä luontaisrakenne ei ainoastaan parantaa spektrin tehokkuutta vaan tarjoaa vankan perustan käyttäjätietojen suojaamiseksi salakuuntelulta ja luvattomalta käytöltä.

CDMA:n perusteet: Levitystaajuus ja ainutlaatuinen koodaus

CDMA perustuu suoran sarjan spektrin (DSSS) periaatteeseen. CDMA-järjestelmässä jokainen käyttäjä. Datasignaali kerrotaan pseudosatunnainen melukoodilla (PN) joka on paljon suurempi kuin data itsessään. Tämä levittää välitetyn signaalin energian laajalle taajuusalueelle, jolloin se näyttää matalan tason melulta kaikille vastaanottimelle, joilla ei ole täsmälleen samaa PN-koodia. Vain suunniteltu vastaanotin, joka tuntee tietyn koodin, voi levittää signaalia ja palauttaa alkuperäisen datan.

Jokainen aktiivinen käyttäjä samalla taajuuskaistalla on osoitettu ainutlaatuinen ortogonaalinen koodi (kuten Walsh koodit CDMA2000). Nämä koodit on suunniteltu niin, että ne eivät häiritse toisiaan, kun ne oikein synkronoitu. Koska koodit ovat matemaattisesti ortogonaaliset, vastaanotin voi erottaa tietyn käyttäjän signaalin yhdistettyä signaalia käyttäen korrelaatio. Tämä koodauskerros luonnostaan tekee CDMA paremmin vastustuskykyisiä kuuntelulle kuin järjestelmät, jotka lähettävät selkeitä aika-aikoja tai kiinteitä taajuuksia.

Suora-seuraus vs. taajuus-happing levähdystaajuus

Vaikka CDMA käyttää suorasekvenssi-spread-taajuuksia, jotkin järjestelmän versiot käyttävät taajuushyppely-spread-taajuuksia (FHSS) lisäturvaa varten. FHSS:ssä operaattoritaajuus muuttuu nopeasti vain lähetin- ja vastaanottimen tuntemassa muodossa. Useimmat kaupalliset solut CDMA-toteutukset perustuvat kuitenkin DSSS:ään yhdistettynä hienostuneeseen koodaukseen ja tehonhallintaan. Molemmat lähestymistavat tarjoavat suojan kapeakaistahäirintää vastaan ja vaikeuttavat salakuuntelua, jotta lähetetty data voidaan rekonstruoida ilman tietoa hyppy- tai leviämisjaksosta.

Vertailu CDMA:n kanssa muihin langattomien käyttötapojen kanssa

CDMA.n tietoturvaetujen arvostaminen auttaa vertaamaan sitä muihin langattomissa viestintäyhteyksissä käytettäviin yleisiin monikäyttöteknologioihin.

FDMA ja TDMA

Taajuus Division Multiple Access (FDMA) määrittää jokaiselle käyttäjälle tietyn taajuuskanavan, kun taas Time Division Multiple Access (TDMA) antaa jokaiselle käyttäjälle toistuvan aika-aukon samalla taajuudella. Molemmissa järjestelmissä signaalit lähetetään suhteellisen kapealla, ennustettavissa olevalla kaistalla tai aikaikkunalla, jolloin ne ovat alttiimpia sille, että vastaanottimen sieppaus on viritetty tälle tietylle taajuudelle tai synkronoitu aika-aitioon. Hyökkääjä voi yksinkertaisesti kuunnella osoitettua kanavalla koko lähetyksen kaappaamiseksi. CDMA:ssa minkä tahansa yksittäisen lähetyksen energia leviää niin ohuesti koko spektrille, että yksinkertainen kapeakaistavastaanotin tallentaa vain melua. Ilman käyttäjän ainutlaatuista leviämiskoodia signaalia ei voi uudelleenasettaa.

OFDMA (käytetään LTE:ssä ja 5G:ssä)

OFDMA tarjoaa erinomaisen spektritehokkuuden ja tukee korkeita datanopeuksia, mutta sen tietoturva perustuu korkeamman tason salaukseen (kuten AES) eikä fyysiseen kerrokseen. CDMA tarjoaa ylimääräisen, sisäänrakennetun fyysisen tason turvaesteen, jota OFDMA:lta puuttuu. Tämä tarkoittaa, että OFDMA:n nykyisillä järjestelmillä on vankka salaus yläkerroksissa, joten CDMA:n etu on merkittävintä perinteisissä verkoissa tai skenaarioissa, joissa tarvitaan lisäsuojaa radiotaajuutta vastaan.

CDMA-verkkojen turvallisuusominaisuudet

CDMA-verkot toteuttavat useita tietoturvamekanismeja, jotka toimivat yhdessä suojaamaan ääni- ja dataliikennettä luvattomalta käytöltä, sieppaukselta ja peukaloimiselta.

Salausprotokollat

CDMA-standardit sisältävät vankat salausalgoritmit. Esimerkiksi CDMA2000-perhe käyttää ORYX[[-virtasalauskoodia (tai myöhemmin []]AES-pohjainen[[]] -salaus versioissa) scramble-ääni- ja signating-dataa. [[]CAVE[[]] (Kellularitunnistus ja Äänen salaus) -algoritmi tarjoaa tunnistautumisen ja avainsopimuksen. ANSI-41-verkoissa salaustoiminnot perustuvat satunnaisiin haasteisiin ja jaettuihin salaisuuksiin, jotta voidaan saada istuntoavaimet. Nämä salausprotokollat varmistavat, että vaikka hyökkääjä kaapaisi spread-spektrisignaalin, he tarvitsisivat silti oikean salausavaimen tulkitakseen liikennettä.

Tunnistautumismekanismit

Kun mobiililaite yrittää rekisteröidä tai saada puhelun, verkko lähettää satunnaisnumeron (RAND). Matkapuhelin käyttää tallennettua salaista avainta (A-Key) laskeakseen tunnistautumisvastauksen, joka on verrattavissa verkon odotettavissa olevaan arvoon. Tämä prosessi estää kloonauksen ja varmistaa vain voimassa olevien tilaajien pääsyn verkkoon. Lisäksi []Äänensuoja] ominaisuus CDMA:ssa (Enhanced Value Rate Codec crypting) sekoittaa äänibittiä niin, että sieppattuja signaaleja ei voida muuntaa ymmärrettäväksi puheeksi ilman oikeaa avainta.

Häirinnän ja häiriön sieto

CDMA:n spread-spektriluonne luo luonnostaan vastustuskykyä sekä tahalliselle häirinnälle että tahattomalle häirinnälle. Jammerin on joko levitettävä signaalinsa koko laajalle kaistalle (edellyttäen suurta tehoa) tai tiedettävä tarkka koodi, jota uhri käyttää tehokkaan haitan aikaansaamiseksi. Kapeakaista jammerit vaikuttavat vain pieneen osaan CDMA-signaalia, ja virhekorjauskoodaus voi palauttaa eniten kadonnutta dataa. Tämä tekee CDMA-järjestelmistä kestävämpiä radiotaajuushyökkäyksiä vastaan kuin kapeakaistaisista järjestelmistä, kuten FDMA:sta tai TDMA:sta.

Tietosuoja CdMA Communications -viestinnän edut

Tietosuoja on langattoman viestinnän kannalta keskeinen huolenaihe. CDMA. -koodi- ja salausmekanismit auttavat suojaamaan käyttäjätietoja pahansuovilta toimijoilta.

Käyttäjän anonyymiys ja vähentyneet vuotoriskit

CDMA-verkoissa käyttäjäidentiteettiä suojellaan tilapäisten tunnisteiden (TMSI) ja pysyvien tunnisteiden salatun lähettämisen avulla. Lisäksi fyysisen kerroksen levittämät koodit tehokkaasti anonymisoivat lähetyksiä satunnaisille kuuntelijoille. Koska jokainen matkapuhelin käyttää erilaista koodia, tarkkailija ei voi helposti korreloida lähetyksiä tietylle tilaajalle ilman, että se sieppaa korkeamman tason signaaliviestejä. Tämä vaikeuttaa huomattavasti käyttäjien jäljittämistä tai profiilia pelkästään radiopäästöjen perusteella.

Ihmisten suojelu keskivälin hyökkäyksiä vastaan

CDMA.S-protokollat vähentävät merkittävästi ihmisen keskelle -hyökkäysten riskiä. Väärä tukiasema (False BTS) yrittää esittää laillista verkkoa on vastattava oikein haasteeseen. Tietämättä salaista A-Key, roistotukiasema ei voi todentaa mobiilia, ja matkapuhelin kieltäytyy rekisteröitymästä. Vaikka jotkut vanhemmat CDMA-toteutukset olivat alttiita tietyille hyökkäyksille (esim. käyttämällä muutettua matkapuhelinta salauksen salaamiseen), verkon päivitykset ja asianmukainen salaus ovat vähentäneet monia näistä asioista.

Rajoitukset ja kehittyvät turvamaisemat

Mikään teknologia ei ole täydellinen, ja CDMA:lla on tiedossa olevia rajoituksia. Alkuperäinen CDMA-standardi (IS-95) käytti CMEA[[] (Sellular Message Encryption Algorithm) -viestiä signaalin lähettämiseen, joka myöhemmin todettiin heikoksi. Myöhemmissä versioissa otettiin käyttöön vahvempia algoritmeja, kuten [AES[]] ja [SHA-1 -hämäys todennukseen. Lisäksi monet maat ovat siirtyneet CDMA:sta LTE:hen ja 5G:hen, jotka tarjoavat kehittyneempiä turvaominaisuuksia, kuten keskinäisen tunnistamisen, eheyden suojan ja vahvemman avainhierarkiteetit (EPS-AKA, 5G-AKA).

CDMA on kuitenkin edelleen käytössä joillakin alueilla perinteisissä 2G- ja 3G-puhe- ja matalan tason datapalveluissa sekä tietyissä erikoistuneissa viestintäjärjestelmissä (esim. satelliittipuhelin- ja yksityisverkoissa).

Reaalimaailman sovellukset CDMA Securityn esittely

CDMA:n tietoturvaominaisuudet ovat tehneet siitä parhaan valinnan sotilas- ja valtion viestinnässä. Esimerkiksi Globalstar[ satelliittipuhelinverkossa käytetään CDMA-tekniikkaa yhdistettynä end-to-end-salaukseen turvallisten ääni- ja datapalvelujen tarjoamiseksi. Samoin monet kriittisen infrastruktuurin tarjoajien käyttämät yksityiset runkoiset radiojärjestelmät käyttävät CDMA-pohjaisia aaltomuotoja salakuuntelun ja häirinnän estämiseksi. Nämä sovellukset osoittavat CDMA:n levitettyjen spektrien ja koodauslähestymistavan käytännön arvon arkaluontoisen viestinnän suojaamisessa.

Asiasta voidaan lukea tarkemmin Qualcommin CDMA-teknologiakatsaus[]. NIST-julkaisussa CDMA-turvasta on perusteellinen analyysi salausnäkökohdista. Lisäksi IEEE-paperissa käsitellään levitettyjen taajuuksien turvallisuutta .

Päätelmät

CDMA-teknologia käyttää hajautettua spektriä, ainutlaatuisia ortogonaalisia koodeja ja vahvaa salausta tarjotakseen vahvan suojan luvatonta pääsyä ja tietoturvaloukkauksia vastaan langattomassa viestinnässä. Vaikka uudemmat ilmaliitännät kuten OFDMA LTE/5G:ssä luottavat enemmän ylemmän kerroksen salaukseen ja täydelliseen keskinäiseen tunnistamiseen, CDMA.Sen fyysinen kerrospuolustus on edelleen vakuuttava esimerkki siitä, miten tietoturvan suunnittelu itse siirtomenetelmään voi parantaa yksityisyyttä. Langattoman viestinnän kehittyessä CDMA.