SAT : Sécurisation de l'ADS-B grâce à TESLA

L'époque où l'unique moyen de connaître la position des avions était l'utilisation de radars est révolue. Désormais, les avions sont équipés de systèmes de positionnement par satellite très précis. Depuis 2010, une nouvelle technologie, l'ADS-B, leur permet alors de transmettre leur position directement aux contrôleurs par ondes radio. Cette information est également diffusée à tous les avions aux alentours. Cependant, l'ADS-B n'intègre aucun mécanisme d'authentification ni d'intégrité des messages. Cela signifie qu'un attaquant, possédant pour quelques centaines de dollars de matériel électronique et des connaissances basiques sur le fonctionnement du protocole, peut très facilement émettre des messages pour se faire passer pour un avion aux yeux des contrôleurs. Il peut également modifier la trajectoire que ces derniers perçoivent d'un avion réel. De nombreux chercheurs se sont penchés sur cette problématique au cours des dernières années, cependant aucune des méthodes proposées ne prend totalement en compte toutes les contraintes relatives au contexte spécifique de la navigation aérienne. Parmi les méthodes traditionnelles, la cryptographie à clés symétriques ne convient pas, car elle suppose de partager la clé servant à l'authentification avec tous les récepteurs potentiels. Ces derniers seraient alors capables de se faire passer pour l'avion propriétaire de la clé. La cryptographie à clé asymétrique, quant à elle, utilise des clés et signatures relativement longues. Cela consomme une grande quantité de bande passante, alors que celle-ci est très limitée. C'est pourquoi nous proposons l'utilisation du protocole TESLA. Celui-ci combine les avantages de faible consommation de bande passante de la cryptographie symétrique, et de nondivulgation de la clé servant à la production des signatures de la cryptographie asymétrique. Cela est possible grâce à la division du temps en intervalles. Une clé servant à authentifier des messages au cours d'un intervalle ne sera dévoilée qu'au cours d'un intervalle futur. Elle ne sera alors plus valide pour authentifier de nouveaux messages, et aura été remplacée par une nouvelle clé. L'objectif de ce mémoire est donc de déterminer l'applicabilité, la performance, et la viabilité du protocole TESLA en ce qui concerne la sécurisation de l'ADS-B. Pour cela, nous avons tout d'abord introduit nos propres modifications au protocole afin de l'adapter spécifiquement au contexte du contrôle du trafic aérien. Nous avons notamment remplacé le mécanisme de synchronisation temporelle de TESLA - permettant de savoir dans quel intervalle chacun des avions se trouve - par l'utilisation du temps obtenu par satellites. Nous avons également mis en place une infrastructure à clés publiques basée sur la structure organisationnelle du contrôle du trafic aérien, avec en haut de l'échelle l'Organisation de l'Aviation Civile Internationale. Le protocole TESLA ainsi modifié est nommé SAT. Puisque le protocole TESLA tire son asymétrie d'un décalage temporel entre le moment où les messages sont diffusés et celui où la clé ayant servi à l'authentification est distribuée, cela introduit un délai équivalent avant que les messages puissent être authentifiés. Plus les clés sont distribuées régulièrement, plus le délai est réduit, mais plus l'utilisation de bande passante est importante. Nous avons donc dû effectuer des simulations afin de déterminer le délai le plus court possible permettant de respecter la spécification de l'ADS-B relative à la probabilité de collision des messages et à la fréquence de mise à jour de la position des avions du point de vue des contrôleurs. Nous avons alors obtenu un délai optimal de cinq secondes. Enfin, nous avons effectué des tests d'implémentation sur radio logicielle. En effet, notre solution doit pouvoir fonctionner en parallèle de l'ADS-B traditionnel pendant la période de transition. De plus, les transpondeurs actuels doivent pouvoir être compatibles avec notre protocole par une simple mise à jour, car le coût de remplacement de ceux-ci serait trop important. Nos tests se sont révélés concluants, mais d'autres sont nécessaires avant l'obtention de la certification nécessaire à une utilisation en vol des transpondeurs SAT, et de l'adoption du protocole par l'OACI comme standard international.