SICUREZZA DELLE COMUNICAZIONI IN AMBIENTE SOTTOMARINO

Underwater acoustic communications pose significant security challenges due to the inherent limitations of the communication channel, including limited bandwidth, high latency, high error probability, and energy constraints. In this context, the secure distribution of cryptographic keys plays a crucial role. This thesis investigates the main security techniques for underwater networks, with particular emphasis on Physical Layer Key Generation (PLKG). A key generation protocol based on the Channel Impulse Response (CIR) of the underwater acoustic channel is analyzed, exploiting the channel reciprocity property to derive shared secret keys between legitimate nodes. After examining the operation of the protocol and the main techniques employed in its processing stages, a simulation framework was developed to reproduce the entire key generation process. The framework implements node time synchronization, channel estimation, statistical feature extraction, soft key construction, K-Means-based quantization, information reconciliation, and privacy amplification. The simulation also incorporates the effects of multipath propagation, latency, jitter, and the presence of a passive eavesdropper. The obtained results demonstrate a high level of agreement between the legitimate nodes, low statistical dependence with respect to the eavesdropper's observations, and randomness properties consistent with the requirements of cryptographic applications. These findings confirm the validity of the proposed approach and the effectiveness of the developed simulation framework for evaluating Physical Layer Key Generation techniques in underwater environments.

Le comunicazioni acustiche subacquee presentano sfide significative in termini di sicurezza, a causa delle limitazioni intrinseche del canale, tra cui ridotta larghezza di banda, elevata latenza, alta probabilità di errore e vincoli energetici. In questo contesto, la distribuzione sicura delle chiavi crittografiche assume un ruolo centrale. La presente tesi analizza le principali tecniche di sicurezza per le reti subacquee, con particolare attenzione alla Physical Layer Key Generation (PLKG). Viene studiato un protocollo di generazione di chiavi, basato sulla Channel Impulse Response (CIR) del canale acustico underwater, sfruttando la reciprocità di quest’ultimo per derivare chiavi segrete condivise tra nodi legittimi. Dopo aver esaminato il funzionamento del protocollo e le principali tecniche impiegate nelle diverse fasi di elaborazione, è stato sviluppato un framework simulativo in grado di riprodurre l'intero processo di generazione della chiave. Il sistema implementa la sincronizzazione temporale dei nodi, la stima del canale, l'estrazione delle feature statistiche, la costruzione delle soft key, la quantizzazione mediante K-Means, l'information reconciliation e la privacy amplification. La simulazione include inoltre gli effetti della propagazione multipath, della latenza, del jitter e la presenza di un intercettatore passivo. I risultati ottenuti evidenziano un elevato livello di accordo tra i nodi legittimi, una ridotta dipendenza statistica rispetto alle osservazioni dell'avversario e proprietà di casualità compatibili con i requisiti richiesti per applicazioni crittografiche. Tali evidenze confermano la validità dell'approccio analizzato e l'efficacia del framework sviluppato per la valutazione di tecniche di Physical Layer Key Generation in ambiente subacqueo.