26/03/2021
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Uno de los experimentos más baratos jamás volados en órbita ha gastado de funcionar después de 22 meses en la Estación Espacial Internacional. Con una Raspberry Pi Zero que cuesta solo unos pocos euros, la carga útil CryptIC de la ESA estaba explorando técnicas de criptografía que se ejecutan en hardware estándar para garantizar la ciberseguridad para futuras misiones espaciales de bajo costo.
Los satélites pueden estar físicamente lejos de la Tierra, pero aún son vulnerables a ser pirateados. La solución es el mismo tipo de comunicación segura basada en encriptación que se ha convertido en algo común en nuestro planeta, pero operar en el espacio dificulta hacerlo.
“El método estándar es que ambos lados de la comunicación comparten la misma clave de cifrado”, explica el ingeniero de garantía de productos de software de la ESA, Emmanuel Lesser. “Pero el espacio está plagado de partículas cargadas que pueden cambiar aleatoriamente las memorias de la computadora, interrumpiendo el enlace de comunicación porque las teclas en la Tierra y en el espacio ya no coinciden.
“Las naves espaciales tradicionales de tamaño completo solucionan este problema utilizando componentes ‘rad-hard’, pero normalmente esta no es una opción para misiones más pequeñas. Tales piezas endurecidas por radiación pueden costar tanto como un CubeSat por derecho propio, y pueden tardar un año en adquirirse, en un punto en el que los ciclos de desarrollo para misiones pequeñas se están reduciendo a 18 meses o menos.
“Entonces, nuestra carga útil CryptIC buscó opciones alternativas, utilizando piezas comerciales listas para usar, para demostrar un método de ciberseguridad económico pero confiable para esta clase de misiones”.
El ‘Cryptography ICE Cube’ fue un desarrollo de bajo costo, desarrollado internamente por la ESA Sección de garantía de producto de software usando una Raspberry Pi Zero básica. Cubierto con un revestimiento de plástico ‘conformal’ por razones de seguridad, pero sin cambios, fue transportado en la ISS a través del servicio de Experimentos Comerciales Internacionales – Cubos de hielo para abreviar. Los cubos ICE ofrecen un entrada rápido, simple y asequible para experimentos de investigación y tecnología en microgravedad utilizando cubos compactos. CryptIC mide solo 10x10x10 cm.
CryptIC evaluó enfoques duales para el cifrado no radical. El primero fue volver a intercambiar automáticamente la clave si se corrompe, para minimizar las interrupciones en las comunicaciones. La segunda era confiar en copias redundantes de la clave de cifrado, almacenadas dentro de múltiples ‘mosaicos’ dentro de arreglos de puertas programables en campo (FPGA) reconfigurables en lugar de chips de computadora fijos. Si uno falla, otra copia puede ocupar su lugar mientras la sección defectuosa de FPGA se repara sola.
“Experimentamos eventos de radiación prácticamente en todas las órbitas, pero los eventos que interrumpieron el cifrado tuvieron lugar solo cada tres meses aproximadamente”, agrega Emmanuel.
«CryptIC también llevaba un dosímetro de puerta flotante proporcionado por CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear, como parte de un acuerdo de cooperación más amplio, para correlacionar estos eventos con el entorno de radiación de fondo. Nuestros resultados aún se están analizando, pero están en línea con las expectativas: vimos eventos intensificados sobre la ‘Anomalía del Atlántico Sur’, por ejemplo, que es un punto débil en el campo magnético de la Tierra «.
También se introdujo un tercer experimento en la caja CryptIC, contribuido por Sección de tratamiento de datos y ordenadores de a bordo de la ESA. Conocido como QUIMERA, evaluó el rendimiento de las memorias de computadora listas para usar en el entorno espacial.
“Planeamos una operación mínima de seis meses, pero terminamos con 22 meses, un muy buen retorno de la inversión, gracias en parte a los retrasos relacionados con el COVID-19 en las entregas a la ISS, pero también porque nuestro hardware y software se retrasaron bueno ”, dice Emmanuel.
«El control de CryptIC se encaminó a través de Servicios de aplicaciones espaciales en Bruselas, la empresa que presta el servicio ICE Cubes. Tuvimos algunas interrupciones esporádicas del servicio, pero las operaciones en general fueron bien. La carga útil se puede supervisar desde cualquier lugar, casi en cualquier momento, utilizando una computadora portátil con una VPN «.
El hardware CryptIC permanecerá a bordo del Columbus: debido a que su rendimiento se mantiene estable, SAS planea adoptarlo como herramienta de diagnóstico para evaluar el rendimiento de su ICE Cube Facility.
Raspberry Pi en órbita
Esta no es la primera vez que un Rasbperry Pi viaja a la Estación Espacial Internacional. La ESA y la Fundación Raspberry Pi organizan desafíos educativos anuales para que los niños hagan funcionar su código en dos ‘Astro Pi‘.
