Summary of Research on Security Issues of ADS-B Protocol

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2022.05.005

Abstract

Abstract:

As the core of the next-generation air transportation system， ADS-B is becoming a substitute for radar. It requires aircraft to broadcast its precise geographic location on a regular basis， thereby improving the safety of the aircraft. However， the ADS-B protocol lacks a security mechanism， which makes the ADS-B signal vulnerable to network attacks during transmission， causing signal interference or missing， and seriously threatening aviation safety. This article first reviews the development of ADS-B at home and abroad， and analyzes the three dimensions of ADS-B transmission process， ADS-B hardware and software， and ADS-B data on the basis of summarizing the security problems existing in the ADS-B. In the field of artificial intelligence technology， especially the deep learning method in machine learning is one of the ways to solve this problem.

Key words: automatic dependent surveillance-broadcast（ADS-B） protocol, network attack, signal interference, aviation safety, artificial intelligence technology, deep learning

摘要：

ADS-B作为下一代航空运输系统的核心正在成为雷达的替代品，它要求飞机定期广播其精确的地理位置，从而提高飞机的安全性。但ADS-B协议缺乏安全机制，使得ADS-B信号在传输过程中容易受到网络攻击，易造成信号干扰或缺失，严重威胁航空安全。综述了ADS-B国内外发展情况，在总结ADS-B存在的安全问题基础上分别分析了ADS-B传输过程、ADS-B硬件和软件、ADS-B数据3个维度，指出在人工智能技术领域，尤其是机器学习中的深度学习方法是该问题的解决途径之一。

关键词: ADS-B协议, 网络攻击, 信号干扰, 航空安全, 人工智能技术, 深度学习

CLC Number:

V328.3

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Figures/Tables 7

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Bit 1-5	6-8	9-32	33-88	89-112
DF=17	CA	AA	ME字段（ADS-B消息）	PI
DF=18	CF=0	AA	ME字段（ADS-B消息）	PI
	CF=1	AA	ME字段（ADS-B消息）	PI
	CF=2-3	AA	ME字段（TIS-B消息）	PI
	CF=4		为TIS-B消息预留位	PI
	CF=5	AA	ME字段（TIS-B消息）	PI
	CF=6-7		预留位	PI
DF=19	AF=0	AA	ME字段（ADS-B消息）	PI
DF=19	AF=1-7		为军事应用预留位	PI

Bit 1-5	6-8	9-32	33-88	89-112
DF=17	CA	AA	ME字段（ADS-B消息）	PI
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	CF=2-3	AA	ME字段（TIS-B消息）	PI
	CF=4		为TIS-B消息预留位	PI
	CF=5	AA	ME字段（TIS-B消息）	PI
	CF=6-7		预留位	PI
DF=19	AF=0	AA	ME字段（ADS-B消息）	PI
DF=19	AF=1-7		为军事应用预留位	PI

类型	方法	要求	优点	缺点
ADS-B传输过程	加密	需要ADS-B 消息帧内有空间来存储加密数据或哈希值	对数据链路进行了保护	成本高，实施难度大
ADS-B硬件和软件	阵列天线改进	依赖地面站和其他实体	提高信号的检测强度	对天线质量和位置精度要求高，检测不稳定
ADS-B硬件和软件	接收系统改进	依赖接收装置	提高抗干扰能力	设备成本高，开发周期长
ADS-B数据	机器学习	需要处理过的数据集	有效识别异常出数据	不适用于大规模的数据集开发
ADS-B数据	深度学习	需要大量的数据集	开发时间少，提高了ADS-B异常信号检测效率	数据集的好快决定检测程度，计算成本高

类型	方法	要求	优点	缺点
ADS-B传输过程	加密	需要ADS-B 消息帧内有空间来存储加密数据或哈希值	对数据链路进行了保护	成本高，实施难度大
ADS-B硬件和软件	阵列天线改进	依赖地面站和其他实体	提高信号的检测强度	对天线质量和位置精度要求高，检测不稳定
ADS-B硬件和软件	接收系统改进	依赖接收装置	提高抗干扰能力	设备成本高，开发周期长
ADS-B数据	机器学习	需要处理过的数据集	有效识别异常出数据	不适用于大规模的数据集开发
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