Радиоэлектронная борьба (РЭБ) и перехват мм-волновых коммуникаций: миф или защита ввиду «физики сигналов» реальна?

[vaspvort]

Технологии связи в миллиметровом диапазоне (mmWave) используют частоты выше 30 ГГц, при этом практический интерес для систем широкополосной беспроводной связи представляют диапазоны 60 ГГц, 71-86 ГГц, 94 Ггц и выше (Рис. 1). Эти частоты разрешены госорганами частотного регулирования в разных странах (включая решения ГКРЧ РФ) и находят применение как в гражданских, так и в системах спецназначения. В гражданской сфере это высокоскоростные беспроводные каналы используются для корпоративных применений и университетских кампусов, интернет-провайдеров, а также как магистральные каналы для сетевой связности базовых станций 4G/5G/6G с соблюдением условия прямой видимости (LOS) между точками с оборудованием передачи данных.

Дисклеймер: Все материалы в статье собраны по открытым источникам. Выводы являются мнением автора.

Рис.1
Существует распространенное мнение, что каналы связи mmWave «физически иммунны» к промышленным СВЧ-помехам и средствам радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Аргументы сторонников этой точки зрения строятся на узкой направленности диаграммы антенн и относительно невысокой дальности распространения сигнала.

Аргументы за устойчивость mmWave к помехам любой природы​

Миллиметровые волны обладают рядом физических свойств, которые формируют представление об их «физической защищенности» от радиоэлектронного воздействия, будь то широкополосные промышленные помехи или направленное воздействие.

1. Узконаправленные антенны и «лучевой» характер связи
   На mmWave частотах используются компактные антенны с высоким коэффициентом направленности. Сигнал формируется в виде узкого луча, ширина которого для параболических антенн, как правило, не более чем 0.5° с минимальными боковыми лепестками. Это создает впечатление, что посторонний прием или подавление связи со стороны практически невозможны.
2. Ограниченная дальность распространения
   Сильное затухание в атмосфере (см. Рис.1) и высокая поглощаемость сигналов в атмосферном водяном паре и кислороде препятствуют распространению за пределы прямой видимости. Даже незначительные преграды — стекла, кроны деревьев — очень существенно снижают уровень сигнала. Из-за этого возникает ощущение, что «прослушать» канал с большого расстояния или из-за укрытия практически нереально.
3. Линейно-лучевой характер распространения сигнала
   В отличие от метровых и дециметровых диапазонов (до 30 ГГц), где объемное распространение волн, легкое преодоление сигналом препятствий (в т.ч. стен зданий) и переотражения от различных препятствий играют большую роль в качестве фактора доступности связи, в миллиметровом диапазоне основным каналом передачи остается прямой луч основного (центрального) конуса диаграммы антенны. Это упрощает систему связи, но одновременно укрепляет миф о том, что «если нет доступа к прямой линии — то и повлиять на связь невозможно».

Благодаря этим особенностям у разработчиков и пользователей складывается мнение, что каналы mmWave изначально защищены от влияния промышленных помех, а также перехвата и подавления средствами РЭБ. Однако такая точка зрения отражает лишь видимую сторону вопроса и не учитывает уязвимости, которые могут проявиться при целенаправленном воздействии.

Опыт оценки стабильности миллиметровых беспроводных систем передачи данных в условиях промышленных помех​

Этот раздел строится на опубликованных сведениях от компании ДОК, которая более 25 лет разрабатывает и внедряет системы связи в миллиметровом диапазоне и имеет богатый опыт их эксплуатации в тяжелых промышленных условиях — в портах, металлургических цехах, на объектах с подъемно-транспортным и электроплавильным оборудованием в Санкт-Петербурге и других городах России. Этот опыт позволяет объективно сравнивать различные технологии по уровню помехоустойчивости.

• Конкурирующие с мм-технологиями лазерные или LED каналы связи атмосферной оптики (free-space optics) могут казаться идеальными с точки зрения конфиденциальности и защищенности от помех: очень узкий луч, высокая скорость передачи данных. Однако в реальной промышленной среде их применение ограничено. Лазерные системы даже в идеально чистой атмосфере не работают на дальности более 1.5 км, и практически полностью теряют работоспособность при тумане, задымлении или пыли, что делает их непригодными для ответственных промышленных применений. Кроме того, для подвижных объектов (например, мостовых кранов) требуется сложная механическая система наведения луча, что резко удорожает эксплуатацию.
• Миллиметровые радиоканалы лишены этих недостатков. Благодаря развитию недорогих фазированных антенных решеток (например, радиомост Мобибридж) стало возможным электронное управление лучом без громоздкой механики. ФАР-антенны действительно ограниченно подходят для движущихся объектов, но лишь при работе с низкоскоростными и предсказуемо перемещающимися объектами — такими, как краны, погрузчики или портальные механизмы — задача решаема. Практика эксплуатации показывает, что система может стабильно поддерживать связь при перемещениях в пределах рабочей зоны (уличная сеть для точек общественного пространства Wi-Fi, территория промышленного или транспортного объекта).
• Низкочастотные технологии связи (например, Wi-Fi 5 ГГц) хоть и распространены, но в промышленных условиях уязвимы к широкополосным помехам. Сварочные посты, искрение электродвигателей, работа соседних точек доступа — все это приводит к заметным падениям качества связи или полной ее потере. Радиус воздействия таких помех может достигать десятков метров.
  
  В отличие от них, миллиметровые системы работают в частотных диапазонах, где уровень фоновых промышленных помех минимален. Они не «засвечивают» соседние устройства и сами практически не страдают от помех, создаваемых традиционным промышленным оборудованием. Фактором, способным нарушить связь, является попадание массивного объекта или активного устройства непосредственно в зону между передатчиком и приемником — что при правильном проектировании сети на предприятии учитывается и может быть компенсировано.

Таким образом, опыт многократных испытаний ДОК подтверждает: миллиметровые беспроводные системы передачи данных демонстрируют высокую устойчивость к промышленным помехам и значительно превосходят как оптические, так и низкочастотные решения в реальных условиях эксплуатации.

Возможные точки уязвимости mmWave-связи​

Несмотря на распространенное мнение о «самозащищенности» миллиметровых каналов, практика и исследования показывают, что такие системы вовсе не являются абсолютно неуязвимыми для помех и утечек данных. Уязвимости проявляются как на уровне физики распространения сигнала, так и на уровне архитектуры самих систем связи.

1. Боковые и обратные лепестки антенн
   Даже самые современные антенны не могут полностью исключить побочные излучения. Эти «утечки» становятся потенциальной точкой перехвата или подавления. В условиях плотной городской застройки или на открытой местности злоумышленник при наличии особо чувствительной аппаратуры может использовать эти боковые каналы для прослушивания или вмешательства. При этом стоимость такой аппаратуры для перехвата сигнала может оказаться очень высокой, если эту задачу технологически вообще возможно выполнить.
2. Геометрия луча и размер «пятна засветки»
   Даже при типичной угловой ширине центрального луча порядка 0.5°, диаметр освещаемой области растет линейно с дистанцией, достигая значительных размеров.
   Оценка размера пятна засветки для дистанции в 5 км и 10 км:
   
   

Проверка наличия посторонних лиц и оборудования в “пятне засветки” является одной из мер по предотвращению утечки данных при мм-волновой связи.

1. Многолучевость и переотражения
   Хотя основной канал передачи — прямой луч, отражения от металлических крыш зданий, техники или других объектов могут формировать дополнительные пути распространения. Они упрощают задачу пассивного перехвата или подавления помехами, позволяя в некоторых зонах «подсматривать» за связью даже вне прямой видимости.
2. Уязвимость систем слежения за лучом
   Многие mmWave-системы с ФАР-антеннами используют автоматическую настройку и слежение за направлением ответных абонентов (beam tracking). Это открывает возможность для атак через подмену сигнала или создание ложных направлений. В результате канал может быть «уведен» от авторизованного оператора или намеренно заглушен.
3. Ограниченный энергетический запас
   Высокое затухание и узкий луч означают, что линки работают с небольшим запасом по мощности. Даже относительно слабый источник шума, если он введен в линию передачи, способен существенно ухудшить качество связи или полностью подавить ее.
4. Мобильные платформы для атак
   Благодаря компактности антенн на этих частотах средства РЭБ могут устанавливаться на БПЛА или мобильные наземные станции. Это позволяет выводить помехоподавитель точно в зону работы канала, нивелируя его «лучевую» защищенность.

Таким образом, представление о миллиметровых диапазонах как о «невидимом и неуязвимом» канале связи не соответствует действительности. Да, такие системы действительно сложнее перехватить или подавить, чем традиционные УКВ или СВЧ-каналы, однако при наличии соответствующих технических средств и бюджетов они подвержены вполне реальным угрозам.

Даже «лазероподобный» канал mmWave-связи формирует на удаленном объекте, где расположена ответная радиорелейная станция — заметное пятно засветки в десятки метров в диаметре, что позволяет неавторизованный прием сигнала (включая БПЛА). Т.е есть возможность физически войти в это пятно и реализовать направленную постановку помех или неавторизованный прием сигнала.

Примеры гражданских мм-технологий, провоцирующих развитие средств перехвата трафика​

1. Регуляторные инициативы (FCC, США).
В 2020 году Федеральная комиссия по связи (FCC) предложила расширить использование диапазонов 70/80 ГГц (так называемые E-band) для воздушных и морских судов. Регулятор признал за этим спектром большой потенциал для транспортной отрасли: высокоскоростная связь между самолетами, кораблями и наземными станциями. Расширение зон применения автоматически означает рост числа потенциальных целей для радиоэлектронной разведки. Чем шире используется диапазон, тем выше интерес к разработке средств перехвата.

2. Проект Facebook Aquila (2016–2018).

Рис. 2a

Рис. 2б
Facebook (ныне Meta, признана экстремистской организацией в РФ) планировала создать сеть из гигантских дронов на солнечных батареях (рис. 2а,б), парящих выше эшелонов следования гражданских авиалайнеров на высотах 18–27 км, которые должны были обеспечивать доступ к интернету через каналы связи в диапазоне 70/80 ГГц. Этакий конкурент Starlink, но не в космосе, а в стратосфере. Передача данных между наземными станциями и беспилотниками включала бы огромные объемы IP-трафика.

Однако, с таких высот неизбежно формируется очень крупное пятно засветки на поверхности земли. Антенны должны были иметь ширину в несколько градусов и на дистанции с высоты 20 км речь бы шла о размерах пятна засветки на сотни метров. Это потенциально создавало бы достаточно широкую «зону уязвимости» для расположения в этом пятне оборудования радиоперехвата. Проект был закрыт в 2018 году, но сам факт выбора именно этих частот показал их техническую привлекательность как носителя интернет-трафика и одновременно уязвимость к радиоразведке.

Коммерческие и специальные измерительные приборы (приемники/анализаторы мм-волнового спектра)​

Ниже можно указать примеры лабораторного и спецоборудования, которое может быть использовано для перехвата сигналов на миллиметровых волнах (от 30 до 170 ГГц и выше). Формально большинство приборов предназначены для лабораторных измерений и тестирования, но по своим возможностям они позволяют выполнять задачи радиоэлектронной разведки, будучи размещенными в автофургонах и т.п. мобильных платформах.

Рис. 3

1. Rohde & Schwarz FSW +внешние конвертеры FSW-B21 / FE170 / FE110 (Рис. 3)
   • Рабочий диапазон: до 170 ГГц (с внешними модулями).
   • Применение: анализ сигналов связи 5G/6G, WiGig, радаров.
   • Умеет фиксировать сложные модуляции и широкополосные сигналы.
2. Keysight N9041B UXA Signal Analyzer
   • Базовый диапазон: до 110 ГГц (с mmWave тест-портами).
   • Поддержка широкополосного захвата сигнала (до 1 GHz).
   • Используется в телекомах и исследовательских лабораториях, но фактически подходит и для радиоразведки.
3. Anritsu Mobile InterferenceHunter MX280007A
   • Диапазон: до 54 ГГц, (мах до 110 ГГц с конвертером).
   • Фокус на поиск и геолокацию источников беспроводных протоколов.
   • В ряде проектов применялся как приемный комплекс для WiGig-перехватов (Рис. 4)

Рис. 4

Специальные системы (публично известные факты)​

• Thales, BAE Systems — в открытых источниках упоминается о разработке средств радиоэлектронной разведки и РЭБ в диапазоне 30–100 ГГц, хотя конкретные модели не раскрываются.

К примеру, компания Thales строит системы радиоэлектронной разведки (COMINT/ESM), поддержки и атак (EW) для различных диапазонов, включая SHF (сверхвысокие частоты), что охватывает и часть mmWave-диапазона. Упомянуты широкополосные средства перехвата и подавления. Конкретные модели не раскрываются, но их наличие можно считать публично подтвержденным.

BAE Systems совместно с Air Force Research Laboratory (AFRL) ведет разработку технологий на основе нитрида галлия (GaN) в миллиметровом диапазоне для радаров, систем РЭБ и связи everythingrf.com. Речь идет о компонентах (усилителях), но это открывает путь к построению как передающих, так и приемных комплексов в mmWave-диапазоне.

• Известно, что США и НАТО тестируют SIGINT-системы для перехвата 60 ГГц WiGig и 5G-сигналов с применением антенн высокой направленности и компактных БПЛА-ретрансляторов.
  
  Пример: согласно Defence Journal, Thales и Airbus получили контракт на создание новой тактической системы SIGINT с возможностями мониторинга и определения местоположения источников излучения, см. UK Defence Journal. Хотя точные диапазоны не указаны, программа явно ориентирована на современные коммуникационные угрозы, что может включать и mmWave.

Выводы: на сегодня оборудование для перехвата и анализа сигналов связи в диапазоне 60 ГГц и выше уже реально существует и продолжает развиваться. Для исследовательских и лабораторных задач оно доступно «из коробки» у Rohde & Schwarz, Keysight, Anritsu. Для спецприменений такие приборы дополняются мобильными носителями, антенными решетками, системами слежения за лучом и специализированным ПО.

Заключение: возможные методы борьбы с перехватом и РЭБ на мм-волнах​

Оценивая вероятность перехвата мм-сигналов или их подавления средствами РЭБ, следует учитывать и экономический фактор: — системы перехвата и подавления сигналов на миллиметровых волнах представляют собой ультра-технологичное и дорогостоящее оборудование, стоимость которого может исчисляться десятками или даже сотнями тысяч долларов. Их применение оправдано только тогда, когда ценность потенциально перехватываемых данных действительно очень высока.

Если говорить о России, у нас отсутствуют в продаже современные западные комплексы радиоэлектронной разведки в диапазоне до 100 ГГц, и их поставки в РФ запрещены экспортным контролем в странах-производителях. Это означает, что для большинства коммерческих применений в России (5G/6G, WiGig, корпоративные LOS-каналы) риск перехвата можно считать крайне низким, и трафик в таких системах физически защищен именно из-за отсутствия у потенциальных злоумышленников соответствующей аппаратуры.

Однако для спецприменений полностью полагаться на физические трудности доступа к данным в мм-коммуникациях нельзя. Перспективным направлением защиты является переход в более высокие диапазоны — 120 ГГц и выше, где луч становится еще более узким, а оборудование для потенциального перехвата еще сложнее и дороже. В сочетании с использованием узконаправленных антенн с практическим отсутствием бокового излучения вне линии прямой видимости это позволяет свести вероятность несанкционированного доступа к практическому минимуму.

Источник