Bezpečné C2 protokoly

Prečo bezpečné C2 (command & control) vyžaduje modernú kryptografiu

Komunikačný kanál C2 medzi pozemnou riadiacou stanicou (GCS) a bezpilotným prostriedkom (UAV) je životne dôležitý. Porucha integrity alebo dostupnosti C2 môže viesť k strate stroja či ohrozeniu bezpečnosti osôb. Moderné C2 musí preto spĺňať prísne požiadavky na dôvernosť, integritu, autentizáciu, dostupnosť a auditovateľnosť pri veľmi obmedzenej latencii, premenlivom kanáli a energetických limitoch. Tento článok predstavuje návrhové princípy, kryptografické primitíva, protokolové stavby a nástroje, ktoré umožňujú bezpečný C2 stack od fyzickej vrstvy až po aplikáciu – vrátane pripravenosti na post-kvantové hrozby.

Model hrozieb a špecifické riziká C2 pre UAV

• Odpočúvanie a deanonymizácia: protivník zachytáva uplink/downlink, snaží sa extrahovať povely, telemetriu či polohu.
• Vkladanie a modifikácia: útoky typu man-in-the-middle a command injection s cieľom prevziať kontrolu nad UAV.
• Replay a roll-back: opätovné prehranie legitímnych paketov na vyvolanie nežiaducich stavov.
• Jamming a spoofing: cielené rušenie, falošné majáky, GNSS spoofing a zneužitie rozhrania na núdzové režimy.
• Supply-chain a firmware útoky: vloženie škodlivého kódu, únik kľúčov, neautorizované moduly.
• Post-kvantový protivník: dlhodobé ukladanie prevádzky („harvest-now, decrypt-later“).

Bezpečnostné a prevádzkové požiadavky na C2 protokol

• Mutuálna autentizácia GCS ↔ UAV ešte pred akýmkoľvek povelom.
• Dôvernosť a integrita s AEAD, ochrana smerom uplink-first (príkazy) s najvyššou prioritou.
• Forward secrecy a post-kvantová odolnosť aspoň v hybridnej forme.
• Ochrana proti replay: monotónne čítače, nonce, časové okná a anti-rollback.
• 1–1, 1–N aj N–N režimy (swarms), škálovateľná správa skupinových kľúčov.
• Nízka latencia, deterministická prevádzka, malý overhead, robustná rekey rutina pri stratách paketov.
• Bezpečné zotavenie: degradácia do failsafe režimu bez straty bezpečnosti, odvolanie kompromitovaných uzlov.

Kryptografické primitíva vhodné pre UAV

• AEAD šifrovanie: AES-GCM/GMAC na HW akcelerátoroch; XChaCha20-Poly1305 pre MCU bez AES; Ascon-128a/Ascon-AEAD (nízkoenergetické, finalisté NIST LWC) pre ultra-ľahké uzly.
• Digitálne podpisy: Ed25519/Ed448 pre rýchle autentizácie a krátke podpisy; v PKI hierarchii krátke životnosti certifikátov.
• Výmena kľúčov: X25519/ECDH; hybridné KEM (napr. X25519+Kyber) pre kvantovú pripravenosť; pri skupinách MLS (Message Layer Security) s post-kvantovým rozšírením.
• Kvalitná entropia: TRNG/DRBG podľa NIST SP 800-90, zdravie RNG testované on-line (kontinuálne testy).

Protokolové rámce: TLS 1.3/DTLS 1.3, QUIC, Noise, COSE/OSCORE

• TLS 1.3 / DTLS 1.3: 1-RTT handshake, 0-RTT iba ak je dôkladne posúdený rizikový profil; klientske certifikáty alebo EAP-TLS pre sieťový prístup.
• QUIC: vstavané šifrovanie, riadenie preťaženia a migrácia ciest (5G/LTE/Wi-Fi) – vhodné pre mobilitu a bonding.
• Noise Protocol Framework: priamočiare handshake patterns (IK/XX) pre ultra-ľahké linky mimo IP; jednoduché formálne argumenty, malé binárky.
• CBOR/COSE + OSCORE: drôtovo efektívny formát pre telemetriu a povely; integrita a dôvernosť na aplikačnej vrstve (aj cez nešifrované transporty).

Hybridný (PQ) handshake pre C2: odporúčaný návrh

Prepojenie výkonu, latencie a post-kvantovej odolnosti:

1. Bootstrapping identity: GCS a UAV majú dlhodobé kľúče (Ed25519) a zariadenie nesie výrobné atestačné korene (DICE/TPM/SE).
2. 1-RTT handshake (Noise IK-psk2 / TLS1.3): ECDH (X25519) + PQ KEM (Kyber) → hybridný shared secret.
3. AEAD session keys odvodené cez HKDF; samostatné kľúče pre uplink a downlink, rozdelené podľa priorít.
4. Rekey po N paketoch alebo T sekundách, s key update bez prerušenia toku a s ochranou proti key/nonce re-use.

Správa kľúčov a identít (PKI, atestácia, životný cyklus)

• Výrobná personalizácia: bezpečný element (SE/TPM) s unexportovateľným privátnym kľúčom, zariadenie dostane device cert a atestačný reťazec.
• Onboarding: overená registrácia do flotily (EAP-TLS/EST/ACES), mapping identity → letové oprávnenia.
• Rotácia a odvolanie: krátkožijúce certifikáty (hodiny/dni), CRL/„OCSP-stapling“ alebo úplná offline validácia s time-stamping.
• Skupinové kľúče: MLS alebo LKH (Logical Key Hierarchy) pre swarm; bezpečné vyraďovanie kompromitovaného uzla (forward/backward secrecy skupiny).

Stratégiá proti replay a proti manipulácii s rámcami

• Per-smery nonce/sekvenčné čísla s detekciou medzier; okná pre dobiehajúce pakety bez rizika opakovaní.
• Časové pečiatky a monotónne počítadlá viazané na atestovaný čas (GNSS/PPS alebo PTP) – s odolnosťou proti resetu.
• AEAD tag pokrýva aj smerovanie, typ správy a politiku (napr. prioritu), aby nebol možný cut-and-paste útok.

Jamming, spoofing a viacnásobné prístupové cesty

Bezpečnosť C2 nie je iba kryptografia. Navrhujte viacnásobné prístupové cesty:

• Diverzita liniek: 5G/LTE, TDD-RF linka, satelit – s bondingom na QUIC/MP-TCP a samostatným kľúčom pre každú cestu.
• Adaptívne FEC a ARQ pre kompenzáciu výpadkov bez navýšenia latencie (napr. krátke systémové kódy na C2, dlhšie na telemetriu).
• FHSS/LBT a spektrálny dohľad pre detekciu rušenia; automatická zmena kanála so zachovaním kryptografického stavu.

Efektivita drôtového formátu a priorít

C2 správy musia byť krátke a deterministické. Používajte CBOR s pevnými kľúčmi, vyhýbajte sa JSON. Poveľte kompresiu hlavičiek (QPACK/HPACK alebo vlastné varint schémy). Dávajte pozor, aby šifrovanie nezväčšovalo rámce nad MTU. Uplink povely majú prísnu prioritizáciu a deadlines, downlink telemetria adaptuje rýchlosť podľa zaťaženia kanála.

Bezpečný boot, OTA aktualizácie a supply-chain

• Secure boot so zakotveným koreňom dôvery (ROM/OTP), overenie podpisu FW (Ed25519/Ed448) a merané spúšťanie (TPM PCR/DICE CDI).
• OTA update cez podpísané balíky, rollback protection, A/B oddiely a atestácia verzie pred vytvorením C2 session.
• Oddelenie kľúčov: prevádzkové kľúče ≠ update kľúče ≠ výrobné kľúče; minimálne oprávnenia (least privilege).

Formálne overenie a testovanie protokolov

• Formálne modely: ProVerif/Tamarin/Verifpal pre handshake; dôkaz vlastností (PFS, aliveness, agreement).
• Fuzzing: coverage-guided fuzzery (AFL/LibFuzzer/Hongfuzz) proti parserom a stavovým automatom.
• Stranové kanály: knižnice v konštantnom čase, ochrana proti DPA/EMA pri SE/TPM, audit implementácie MISRA-C alebo Rust no_std.

Implementačný ekosystém a knižnice

• Embedded C/C++: mbedTLS, wolfSSL, tinyDTLS, micro-ECC, PQClean/PQCrypto pre PQ primitíva; Ascon referenčné implementácie pre LWC.
• Rust: ring, rustls, quinn, heapless a embassy pre async na MCU; crates s no-std profilmi.
• Správa identít: est/CoAP-est, SUIT-Manifest pre OTA, KMS/CA integrácie cez HSM na strane GCS.

Praktický príklad: ľahký C2 protokol s Noise IK & AEAD

1. Predpoklady: UAV má dlhodobý kľúč (Ed25519) v SE; GCS má operátorský certifikát.
2. Handshake: Noise IK s prologue (kontext misie); ECDH(X25519) + Kyber KEM → HKDF → kľúče (uplink/downlink).
3. Dáta: rámce CBOR, COSE_Encrypt0 s AEAD (XChaCha20-Poly1305); sekvencia/nonce 64-bit, okno 1024 rámcov.
4. Rekey: každých 2^20 bajtov alebo 60 s, in-band „KeyUpdate“ so starými kľúčmi potvrdzujúcimi prechod.
5. Failover: pri strate linky migruje cez záložnú cestu (QUIC), zachováva epochu a inkrementuje path id v AAD.

Skupinové C2 pre dronové roje (MLS/LKH)

Pre skupinové povely sa využíva Message Layer Security (MLS) s prispôsobením na nízku latenciu alebo hierarchické LKH stromy. Kľúčové je eviction kompromitovaného člena s okamžitým rekey bez prerušenia ostatných kanálov a s garantovanou backward/forward secrecy.

Metodika merania a prevádzkové metriky

• Handshake čas (p50/p95) a goodput po započítaní AEAD a hlavičiek.
• Konštantnosť latencie (jitter), PDR (packet delivery ratio) pri rušení a preťažení.
• CPU/mem/energia na MCU/SoC, využitie akcelerátorov AES/PMULL.
• Detekcia anomálií v C2: štatistiky sekvencií, chybné tagy AEAD, miera rekey udalostí.
• Bezpečnostné KPI: krytie testov fuzzingom, formálne overené vlastnosti, intervaly rotácie kľúčov, MTTD/MTTR na incidenty.

Prevádzkové politiky a ľudské faktory

• Správa poverení operátorov, duálna kontrola pre kritické povely.
• Least privilege v GCS aplikácii, oddelenie rolí (pilot, payload op, admin PKI).
• Incident response: rýchle odvolanie certifikátov, bezpečný kill-switch cez separátny atestovaný kanál.

Najčastejšie chyby v návrhu C2 bezpečnosti

• Opakované použitie nonce pri AEAD; zmiešanie počítadiel medzi smermi.
• Nedostatočná kvalita RNG a ignorovanie zdravotných testov DRBG.
• Neformálne špecifikované AAD → umožnené cut-and-paste útoky na polia hlavičiek.
• 0-RTT bez dôsledného posúdenia re-order a replay rizík.
• Chýbajúci secure boot a atestácia → protokol je zbytočný, ak útočník ovláda firmware.

Odporúčaná cesta adopcie

Bezpečné C2 pre UAV vyžaduje súhru robustnej kryptografie, šetrnej implementácie a sieťovej odolnosti. Praktická cesta: (1) zaviesť TLS1.3/DTLS1.3 alebo Noise s AEAD, (2) pridať hybridný PQ handshake, (3) formalizovať PKI a životný cyklus kľúčov, (4) zabezpečiť secure boot a OTA, (5) testovať formálne a fuzzingom, (6) zaviesť multi-link s bondingom a ochranou proti jamovaniu. Takto navrhnutý protokolový stack poskytne nízku latenciu, kvantovú pripravenosť a prevádzkovú spoľahlivosť aj v náročných podmienkach dronovej prevádzky.