Autenticazione a livello fisico basata sull'angolo di arrivo in ambienti indoor

Nella tesi si propone lo sviluppo e la validazione sperimentale di uno schema di autenticazione a livello fisico (Physical Layer Authentication, PLA) in ambiente indoor, basato sull’angolo di arrivo (AoA) del segnale come tratto distintivo dell’identità spaziale di un dispositivo. L’obiettivo centrale non è la localizzazione indoor, ma la verifica dell’autenticità di una trasmissione, ovvero, stabilire, sulla base delle proprietà fisiche del canale radio, se un segnale che dichiara di provenire da un utente legittimo sia realmente tale o sia opera di un attaccante che ne tenta l’impersonificazione tramite un attacco di spoofing. Inizialmente si introduce il principio della PLA e il modello di minaccia di riferimento e si descrive il dataset reale di misure CSI impiegato, raccolto in un sistema Massive MIMO-OFDM con un array di 64 antenne e un ground truth di posizione millimetrico. Il lavoro prosegue con la pipeline di stima dell’AoA, prerequisito fondamentale dell’intero sistema: si esamina la calibrazione del CSI in due stadi e l’applicazione dell’algoritmo MUSIC a sotto-array scorrevoli, adottata per gestire la violazione dell’ipotesi di campo lontano, tipica delle distanze ridotte che si hanno in ambiente indoor. I risultati, valutati sui quattro quadranti dell’area di misura, mostrano errori angolari inferiori a un grado al 90° percentile nelle condizioni più favorevoli. La parte finale del lavoro è rappresentata dal sistema di autenticazione costruito su queste stime. Dopo averne formalizzato il principio, la metrica e il test di verifica d’ipotesi con controllo esplicito del tasso di falso allarme, il sistema viene valutato in scenari di crescente complessità: il caso di un impostore in direzione trasversale, in cui si dimostra una capacità di distinzione dell’ordine del centimetro, ben inferiore al limite previsto dalla sola geometria angolare; la zona cieca radiale, vulnerabilità geometrica intrinseca di un singolo array allineato con l’utente legittimo; e il suo superamento mediante due array con geometrie complementari. È importante sottolineare che la complementarità geometrica tra due array è il cuore del lavoro, infatti, viene mostrato come la configurazione con array perpendicolari rappresenti la soluzione ottimale al problema della zona cieca, riducendo drasticamente la regione di indistinguibilità senza hardware aggiuntivo. Un’analisi bidimensionale con metrica combinata estende infine il risultato a spostamenti dell’impostore in una direzione arbitraria del piano. La tesi o"re quindi un’analisi approfondita dei risultati sperimentali dei vari scenari, mettendone in evidenza pregi e limiti, e si chiude delineando le principali limitazioni, in particolare la stazionarietà del canale, e le direzioni di sviluppo futuro.