La mayoría de los sistemas radar se diseñan para combatir las interferencias. Este trabajo plantea otra pregunta: ¿qué ocurre si dejamos de tratar toda interferencia como un estorbo? En frecuencias milimétricas, una señal FMCW interferente se propaga por las mismas paredes, objetos, reflectores y geometrías que definen el entorno radioeléctrico de dos radares. Esa propagación deja su huella en la señal compleja recibida. El proyecto estudia si dicha estructura puede convertirse en una fuente de confianza física compartida.
La idea es sencilla de formular y difícil de llevar a la práctica. Dos nodos radar independientes observan el mismo entorno biestático desde extremos opuestos de un enlace. No comparten reloj de RF, no intercambian pilotos dedicados y, en el modo experimental sin mensajes, no reconcilian sus bits a posteriori. Cada radar debe decidir localmente qué observaciones son fiables, qué componentes multitrayecto tienen significado físico, qué relaciones de fase son suficientemente estables y cuándo debe abstenerse de generar un bit.
El objetivo no es sacar números aleatorios de una interferencia, sino aislar la parte de esa interferencia que pertenece al canal físico compartido.
Esta distinción es el núcleo del proyecto. Un sistema de seguridad basado en fase bruta fallaría casi de inmediato porque esa fase está contaminada por los osciladores locales, el comportamiento de los PLL, los desfases temporales, las cadenas de RF, la geometría de las antenas y el ruido. Lo que importa es si estos términos no recíprocos pueden reducirse lo suficiente para dejar al descubierto la relación de propagación subyacente que observan ambos nodos legítimos.
01Base experimental
La plataforma experimental utiliza radares Texas Instruments IWR1443BOOST con un barrido efectivo en la región de 77 a 81 GHz. Se usan un transmisor y cuatro receptores físicos activos, lo que da una geometría SIMO con diversidad espacial suficiente para formar varias observaciones diferenciales.
La forma de onda FMCW es convencional. Un chirp ideal puede escribirse como
con frecuencia instantánea \(f_{\mathrm{TX}}(t)=f_0+St\). Cuando un radar recibe el chirp de otro a través de un trayecto físico, el retardo medido corresponde a la longitud total \(D\) del trayecto transmisor, dispersor y receptor:
Como los radares son independientes, sus chirps no permanecen alineados. Se solapan y dejan de solaparse a medida que evoluciona su temporización. Por eso la interferencia mutua aparece de forma intermitente, y por eso son imprescindibles la identificación de la fuente, el seguimiento causal y la validación temporal.
Tras el procesado en distancia, el sistema trabaja con una medida compleja \(X_s[t,k,r]\), donde \(s\) identifica al radar observador, \(t\) el tiempo, \(k\) una celda de retardo y \(r\) uno de los cuatro receptores. Para un trayecto seguido \(p\), la muestra es
La fase es útil, pero no es fiable tal cual. Una medida práctica puede modelarse como
donde \(H^{\mathrm{phys}}\) es el canal físico, \(G_s\) representa la respuesta compleja del hardware local, \(\eta_s\) agrupa términos de temporización y oscilador, y \(W_s\) es ruido. El canal físico puede ser recíproco aunque la medida completa no lo sea. Por eso, este trabajo busca la reciprocidad en observables diferenciales construidos con cuidado, no la igualdad entre muestras complejas en bruto.
02Fase diferencial
El proyecto trata la fase como una variable circular. Toda diferencia física se reduce al círculo,
y su estabilidad se mide mediante estadística circular:
La concentración \(\rho\) indica si una relación de fase candidata es localmente estable. Una característica con \(\rho\) próxima a uno está muy concentrada; un valor bajo puede indicar ruido, multimodalidad o mezcla física. Su dispersión circular asociada es
Estas magnitudes deciden si una observación física es lo bastante estable para pasar al cuantificador.
El paso central es el procesado diferencial. El método puede comparar dos receptores que observan el mismo trayecto,
o comparar un componente multitrayecto con el trayecto de referencia en el mismo receptor. La combinación con una interpretación física más clara es la doble diferencia:
En forma compleja puede calcularse directamente como
Así se evitan operaciones innecesarias de desenrollado de fase y el extractor puede trabajar en el dominio complejo hasta la decisión final. Cuatro receptores dan seis pares nominales, pero solo tres diferencias espaciales linealmente independientes. Distinguir entre dimensiones calculables y dimensiones independientes es esencial para no sobrestimar la entropía.
03Multitrayecto y selección
El multitrayecto aporta diversidad espacial, pero también puede provocar errores si dos contribuciones caen en la misma celda de retardo. Si una celda contiene \(Z=A_1e^{j\phi_1}+A_2e^{j\phi_2}\), su fase observada puede variar solo porque cambia la relación de amplitudes, aunque las fases subyacentes no se muevan.
El sistema no elige los bits solo a partir de los picos más intensos. Evalúa la dominancia de la energía local, la separación de picos próximos, la estabilidad del seguimiento, la concentración de fase y la distancia respecto al umbral del cuantificador.
El sistema puede abstenerse deliberadamente. En una configuración sin mensajes no existe reconciliación que repare un bit erróneo: una celda dudosa es más peligrosa que una celda ausente.
La filosofía de diseño es sencilla: no interpretar ningún bit antes de explicar el trayecto físico que lo produjo.
04Confianza local
Para que tenga valor en seguridad, cada nodo debe generar su candidato de forma independiente: observación RF local, seguimiento local, característica diferencial local, decisión de calidad local y bits locales. Solo después se comparan los bloques candidatos y se evalúa qué obtiene un tercer observador. Esta separación impide que el extractor aprenda la respuesta de Bob o Eve.
El proyecto ha demostrado que el enfoque es viable: la interferencia biestática observada de manera independiente puede contener suficiente estructura recíproca para que pares de radares legítimos obtengan material candidato coincidente bajo condiciones adecuadas y con control de calidad.
La investigación se centra ahora en hacer esta capacidad más robusta, observable en tiempo real y rigurosamente ligada a la identidad del trayecto físico. La arquitectura utiliza canales dirigidos y separados por fuente, seguimiento causal de trayectos, procesado complejo de cuatro receptores, métricas de calidad en tiempo real y comparación mediante resúmenes criptográficos.
Con tres nodos \(R_0,R_1,R_2\), el sistema separa relaciones dirigidas como \(R_0\leftarrow R_1\) y \(R_0\leftarrow R_2\). Una relación de confianza solo tiene sentido si la observación subyacente pertenece realmente a ese par. La separación de fuentes forma parte del modelo de seguridad.
05Aplicaciones de seguridad
La idea trasciende el radar. Una credencial convencional indica quién posee una clave. Una observación de capa física puede añadir otra pregunta: ¿participan estos dispositivos, en este momento, en la relación física que deberían compartir?
Mide si dos nodos recuperan de forma independiente información compatible del mismo entorno de propagación milimétrica. En una arquitectura futura, ese material podría complementar credenciales convencionales como entrada adicional para autenticación, derivación de claves, detección de anomalías o control de acceso.
El proyecto no propone sustituir AES, PKI, elementos seguros ni protocolos autenticados. Investiga una señal nueva que estos sistemas podrían aprovechar en robótica autónoma, detección cooperativa, sistemas tácticos e infraestructuras de alta garantía. Son aplicaciones futuras, no afirmaciones de preparación operativa.
La siguiente fase se centra en entender con exactitud cuándo se puede confiar en el canal físico y cuándo el extractor debe callar. Para ello hace falta identificar mejor los trayectos en tiempo real, separación multirradar, trazabilidad de capturas, análisis de frescura y entropía temporal, medidas espaciales controladas y pruebas con adversarios activos.
La investigación es especialmente relevante para equipos de defensa que trabajan en detección, guerra electrónica, sondeo de canales milimétricos, seguridad de capa física, robótica autónoma, sistemas embebidos de confianza y criptografía aplicada.
Ahora que las plataformas de detección son cada vez más distribuidas y autónomas, la seguridad no puede depender únicamente de lo que los dispositivos afirman ser. Este trabajo intenta convertir en una disciplina de ingeniería lo que el entorno físico puede revelar sobre la relación entre ellos.
La ambición no es hacer desaparecer la interferencia, sino conseguir que una parte de ella sea útil.
Este es un proyecto de investigación experimental en curso. Actualmente no afirma seguridad criptográfica certificada, secreto formal en el sentido de la teoría de la información, resistencia frente a adversarios activos ni gestión de claves militares lista para despliegue.