A Blockchain-based framework to enhance air traffic control security using ADS-B protocol

In an era where air traffic continues to grow steadily and threats are becoming increasingly effortless to carry out, the security of the aviation industry faces significant challenges. This thesis introduces an innovative decentralized framework, built on top of the Automatic Dependent Surveillance–Broadcast (ADS-B) protocol and aimed at enhancing the security and efficiency of Air Traffic Control (ATC). Given the substantial evidence demonstrating the vulnerabilities of the ADS-B system and their potential to compromise the security principles defined by the CIA triad, our work aims to design a blockchain-based solution to address these concerns. Moreover, the proposed system is mainly focused on the establishment of a decentralized air traffic data ledger, dealing with the risks arising from relying on a single point of failure in ATC infrastructures and operations. In particular, our solution employs the significant advantages inherent in blockchain technologies, specifically leveraging the innovative features proposed by the Solana blockchain for its high-speed and efficient processing capabilities. These elements allow the system to record and verify a vast amount of real-time air traffic information in the form of transactions, each one generated upon the reception of ADS-B messages exchanged between aircraft and then validated through the use of specialized and rigorous heuristics. The proposed framework, validated inserting historical air traffic data in a purposely developed tool, demonstrated significant capabilities in self-sustaining its mechanics and in withstanding several attack scenarios representing a serious threat to its security.

In un'epoca in cui il traffico aereo continua a crescere costantemente e le minacce diventano sempre più facili da perpetrare, la sicurezza del settore aeronautico deve affrontare sfide significative. Questa tesi introduce un framework decentralizzato innovativo, costruito basandosi sul protocollo Automatic Dependent Surveillance–Broadcast (ADS-B) e mirato a migliorare la sicurezza e l'efficienza del controllo del traffico aereo. Considerate le significative evidenze che dimostrano le vulnerabilità del sistema ADS-B e il loro potenziale nel compromettere i principi di sicurezza definiti dalla triade CIA, il nostro obiettivo è quello di progettare una soluzione basata su blockchain che affronti tali problematiche. Inoltre, il sistema proposto si concentra principalmente sulla creazione di un registro decentralizzato contenente dati sul traffico aereo, affrontando i rischi derivanti dalla dipendenza da un unico punto critico nell'infrastruttura e nelle operazioni del controllo del traffico aereo. In particolare, la nostra soluzione sfrutta i notevoli vantaggi intrinseci nelle tecnologie blockchain, sfruttando specificatamente le innovative caratteristiche proposte dalla blockchain Solana per le sue elevate capacità in termini di elaborazione dei dati. Questi elementi permettono al sistema di registrare e verificare in tempo reale una grande quantità di informazioni sul traffico aereo sotto forma di transazioni, ciascuna generata in seguito alla ricezione dei messaggi ADS-B scambiati tra velivoli e validata attraverso l'uso di euristiche rigorose e specifiche. Il framework proposto, validato inserendo dati storici sul traffico aereo in uno strumento appositamente sviluppato, ha dimostrato notevoli capacità nel sostenere autonomamente il suo funzionamento e nel resistere a diversi scenari di attacco che rappresentano una grave minaccia per la sua sicurezza.