Use of Messaging Layer Security in a Military UAV Swarm

Abstract

Forskning på flyvende dronesvermer har fått betydelig interesse de siste årene. En militær dronesverm kan utføre risikofylte oppdrag med lavere risiko for personellet, men introduserer en økt risiko for at fienden kompromitterer dronen. Svermens kommunikasjon krever beskyttelse som kan tåle kompromittering og fortsette å sørge for sikker kommunikasjon. Tidligere arbeid identifiserer Messaging Layer Security (MLS) som en løsning som sørger for at meldingenes fremtidige sikkerhet, og sikkerhet etter en kompromittering, er ivaretatt.

Denne oppgaven har som mål å vise hvordan vi kan ta i bruk MLS i en fysisk dronesverm og dokumenterer utviklingen av et konseptbevis på Flamingo dronesvermen til FFI. Vi benytter Totem protokollen som en desentralisert leveringstjeneste for å gi MLS et pålitelig miljø for å kommunisere. Etter omfattende testing, fløy vi med en sverm bestående av to droner, noe som demonstrerer at MLS kan anvendes i en dronesverm. Så vidt vi vet er dette første gangen MLS har vært i luften noensinne.

Vi identifiserer utfordringer som må adresseres før MLS kan benyttes i en større dronesverm. For eksempel er Cisco sitt MLS++ bibliotek sannsynligvis for ressurskrevende, spesielt for applikasjonsmeldinger. Dette er en konsekvens av at MLS ikke er utviklet for denne bruken, men for meldingstjenester.

Research into Unmanned Aerial Vehicle (UAV) swarms has received significant interest over the last years. A military UAV swarm can perform high-risk missions with less risk to personnel but introduces a higher risk of an enemy compromising the drone. The swarm communication requires protection that can withstand compromise and continue providing secure communications. Previous work identifies Messaging Layer Security (MLS) as a promising solution that provides forward secrecy and post-compromise security for messages.

This thesis aims to show how we can implement MLS in a real-world UAV swarm and documents the development of a proof-of-concept application on FFI’s Flamingo multi-UAV system. We implement the Totem protocol as a decentralized Delivery Service (DS) to provide a reliable communication environment for MLS. After extensive testing, we launch a swarm with two UAVs, demonstrating that MLS can be successfully employed in a UAV swarm. As far as we know, this is the first time MLS has ever taken flight.

We identify challenges to address before launching MLS in a larger UAV swarm. For example, Cisco’s MLS++ library might be too resource-intensive, especially for application messages. This is a consequence of MLS not being developed for our specific use case but for messaging systems.