Abstract
A distance bounding system guarantees an upper bound on the physical distance between a verifier and a prover. However, in contrast to a conventional wireless communication system, distance bounding systems introduce tight requirements on the processing delay at the prover and require high distance measurement precision making their practical realization challenging. Prior proposals of distance bounding systems focused primarily on building provers with minimal processing delays but did not consider the power limitations of provers and verifiers. However, in a wide range of applications (e.g., physical access control), provers are expected to be fully or semi-passive introducing additional constraints on the design and implementation of distance bounding systems
In this work, we propose a new physical layer scheme for distance bounding and leverage this scheme to implement a distance bounding system with a low-power prover. Our physical layer combines frequency modulated continuous wave (FMCW) and backscatter communication. The use of backscatter communication enables low power consumption at the prover which is critical for a number of distance bounding applications. By using the FMCW-based physical layer, we further decouple the physical distance estimation from the processing delay at the prover, thereby enabling the realization of the majority of distance bounding protocols developed in prior art. We evaluate our system under various attack scenarios and show that it offers strong security guarantees against distance, mafia and terrorist frauds. Additionally, we validate the communication and distance measurement characteristics of our system through simulations and experiments and show that it is well suited for short-range physical access control and payment applications
چکیده
یک سیستم محدود کننده ی فاصله کران بالا در فاصله ی فیزیکی بین یک تایید کننده و یک ثابت کننده را تضمین می کند. هر چند در مقایسه با یک سیستم ارتباط بی سیم معمولی، سیستم های محدود کننده ی فاصله نیازمندیهای شدیدی بر تاخیر پردازش در ثابت کننده و نیاز به دقت اندازه گیری فاصله ی زیاد را نشان می دهند و واقعیت های عملی آنها را به چالش می کشد. پیشنهادهای قبلی سیستمهای محدود کننده ی فاصله در درجه ی اول بر روی ساخت ثابت کننده های با حداقل تاخیر پردازش تمرکز دارند اما محدودیتهای توان ثابت کننده ها و تائید کنندگان را در نظر نمی گیرند. به هرحال، در طیف وسیعی از کاربردها(مانند کنترل دسترسی فیزیکی)، انتظار می رود که اثبات کننده ها به صورت کامل یا نیمه منفعل محدودیت های اضافی در طراحی و به کارگیری سیستم های محدود کننده ی فاصله را معرفی نمایند.
در این کار، ما یک طرح جدید لایه ی فیزیکی برای محدودکننده ی فاصله پیشنهاد داده ایم و از این طرح برای پیاده سازی یک سیستم محدود کننده ی فاصله با یک اثبات کننده ی توان پایین بهره می بریم. لایه ی فیزیکی ما موج پیوسته ی فرکانس ماجولار(FMCW) و ارتباطات پراکنده ی بازگشت را ترکیب می کند. استفاده از ارتباطات پراکنده ی بازگشت امکان مصرف کمتر انرژی در ثابت کننده را می دهد که برای تعدادی از کاربردهای فاصله ی محدود حیاتی می باشد. با استفاده از لایه ی فیزیکی مبتنی بر FMCW، ما در ثابت کننده، تخمین فاصله ی فیزیکی را از تاخیر پردازشی بیشتر جدا می کنیم، در نتیجه امکان تحقق اکثر پروتکلهای محدوده ی فاصله توسعه یافته در صنعت قبل را فراهم می کند.ما سیستم خود را تحت سناریوهای مختلف حمله ارزیابی می کنیم و نشان می دهیم که این سیستم امنیت قوی ارائه می دهد که دربرابر تقلبهای فاصله ای، مافیایی و تروریستی تضمین شده می باشد. علاوه بر این، ما ارتباطات و خصوصیات اندازه گیری فاصله سیستم خود را از طریق شبیه سازی و آزمایش اعتبارسنجی نموده و نشان می دهیم که این سیستم برای کنترل دسترسی برد کوتاه و برنامه های کاربردی پرداخت مناسب می باشد.
-1مقدمه
استقرار گسترده ی سیستمهای بی سیم که از موقعیت مکانی و نزدیکی برای ارائه سرویسها استفاده می کنند، منجر به ظهور فناوریهای بومی سازی فراوان مبتنی بر فرکانس رادیویی شده است. امروزه این سیستمها در محدوده ی وسیعی از سناریوها شامل ردیابی مردم و دارایی ها، پشتیبانی اورژانس و نجات و کنترل دسترسی مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به پیامدهای ایمنی و امنیتی کاربردهای ذکر شده در بالا، اطمینان از تخمین مکان و داده های استفاده شده در این سیستمها مهم و ضروری می باشد...