Anti-jamming con superfici intelligenti riconfigurabili (RIS): come funziona e quali rischi di sicurezza comporta

Le superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) stanno cambiando il modo di difendersi dal jamming wireless, ma le stesse proprietà possono trasformarle in un'arma di attacco spazialmente selettiva. Ecco principi, metodi e criticità emerse dalla ricerca recente.

Che cos'è una superficie intelligente riconfigurabile (RIS)?

Una superficie intelligente riconfigurabile, o RIS, è in pratica un pannello formato da tanti meta-atomi passivi che modificano in tempo reale fase, ampiezza e polarizzazione delle onde elettromagnetiche che li colpiscono. Rispetto a una stazione radio tradizionale, non servono costose catene RF né consumi elevati: il segnale viene riflesso e rimodellato in modo controllato, così da creare percorsi favorevoli per gli utenti legittimi e nulli in direzione dei disturbatori. Nelle prove over-the-air in ambiente anecoico, Rohde & Schwarz misura metriche come EVM e accuratezza della direttività, e i risultati confermano che la tecnologia è ormai matura per i sistemi millimetrici e sub-6 GHz.

Sul piano pratico parliamo di copertura radio migliorata, consumi energetici ridotti e persino della possibilità di creare zone morte intenzionali, utili per limitare le interferenze o impedire intercettazioni. La RIS può anche sfruttare meglio il multipath per il multiplexing spaziale, con un conseguente aumento del throughput di rete. Non è un caso che Rohde & Schwarz partecipi al progetto Liquid Crystal Reconfigurable Intelligent Surfaces (6G-LICRIS): l'industria, evidentemente, considera queste superfici una componente chiave delle reti future. In sintesi, la RIS non amplifica il segnale, lo instrada con precisione. Ed è proprio questa precisione a renderla preziosa tanto in difesa quanto in attacco.

Come funziona l'anti-jamming basato su RIS?

Il concetto alla base dell'anti-jamming è piuttosto intuitivo: se il canale wireless può essere rimodellato a piacere, allora diventa possibile costruire un percorso privilegiato verso il ricevitore legittimo e, allo stesso tempo, deviare l'energia interferente verso direzioni nulle. È esattamente quello che fa una RIS, agendo su fase, ampiezza e polarizzazione delle onde incidenti senza bisogno di catene RF dedicate: il risultato è una resilienza superiore a costi tutto sommato contenuti. Ed è proprio questo il cuore della comunicazione anti-jamming basata su RIS, un approccio che trasforma la propagazione stessa in una vera e propria risorsa difensiva.

Le tecniche classiche, come il frequency hopping (FH) e il direction-sequence spread spectrum (DSSS), restano piuttosto vulnerabili di fronte a jammer sempre più evoluti: il motivo è che si muovono su domini tutto sommato prevedibili. La RIS, invece, introduce un dominio in più, quello spaziale. In pratica il segnale utile viene rafforzato dove effettivamente serve, mentre il disturbo viene messo a tacere tramite nulli direzionali. Si ottiene così una comunicazione più solida anche in contesti ostili, e senza dover per forza alzare la potenza di trasmissione.

C'è poi una questione di cui si parla ancora troppo poco: la larghezza di banda. Nel 2022 W. Jiang e il suo gruppo hanno messo a punto uno schema congiunto spazio-frequenza che prende in considerazione la risposta broadband della RIS, mostrando come l'anti-jamming non possa fermarsi a una singola frequenza. In pratica, la superficie va progettata per gestire più portanti nello stesso momento; altrimenti l'efficacia difensiva crolla proprio nei sistemi reali, dove il traffico è distribuito su canali diversi.

RIS aerea: droni e superfici per un anti-jamming robusto

L'ARIS, ovvero la RIS aerea, non è altro che una superficie intelligente riconfigurabile montata su droni (UAV): in pratica unisce la capacità di riconfigurare il canale radio con la mobilità del velivolo e con condizioni di line-of-sight decisamente migliori rispetto a un'installazione fissa. Il risultato? Si riesce a garantire copertura on-demand dove serve, per esempio in hotspot temporanei, nelle comunicazioni di emergenza o in scenari adversariali, cioè tutti quei contesti in cui l'infrastruttura fissa non arriva oppure è stata compromessa. C'è poi un vantaggio tutt'altro che secondario: l'ARIS può essere schierata in fretta e riposizionata di volta in volta in base alla minaccia.

Il nodo, però, è che un'ARIS su larga scala si scontra con ostacoli di deployment tutt'altro che banali: l'ottimizzazione discreta convenzionale diventa presto proibitiva dal punto di vista computazionale, e dall'altro lato le minacce di jamming sono sempre più sofisticate. Per aggirare il problema, un articolo del 2025 (arXiv:2509.10280v1, 12 settembre 2025) propone la modellazione mean field per progettare la configurazione spaziale dell'ARIS attraverso una funzione di densità continua, evitando così l'ottimizzazione combinatoria ad alta dimensionalità. Il modello, in particolare, prende in esame un jammer adattivo che regola posizione e beamforming con l'obiettivo di minimizzare il sum-rate.

Il punto centrale è questo: la strategia migliore per il jammer si gioca su un compromesso tra prossimità e direttività, cioè deve scegliere se ridurre la perdita di percorso oppure puntare a un focusing spaziale più accentuato. Il framework anti-jamming proposto, invece, lavora su tre fronti contemporaneamente — beamforming della base station, riflessione dell'ARIS e distribuzione spaziale delle superfici — con l'obiettivo di massimizzare il worst-case sum-rate, ricorrendo a tecniche di ottimizzazione variazionale e a metodi su varietà riemanniane. Per quanto riguarda il deployment ottimale, questo segue una logica di water-filling spaziale: in pratica si concentrano le risorse dove il guadagno è più alto, evitando le zone più esposte alle interferenze. Un aspetto tutt'altro che secondario è che la complessità computazionale non dipende dal numero di UAV impiegati.

RIS attive e design autosostenibili

Le RIS attive, però, non sono gratis: per amplificare il segnale riflesso serve un carico di potenza esterno, il che migliora sì le prestazioni anti-jamming, ma allo stesso tempo complica l'hardware e rende il deployment meno flessibile. Nel 2023 L. Ni e colleghi (MDPI Electronics 12(18):3933) hanno messo a punto uno schema di comunicazione anti-jamming assistito da più RIS attive, che vengono accese o spente dinamicamente a seconda delle condizioni del canale. Funziona, eh, ma il nodo energetico rimane il punto debole di tutta l'architettura.

Per ovviare a questo problema, un lavoro pubblicato su alphaXiv (2406.09447, 12 giugno 2024) propone una struttura autosostenibile in cui la RIS attiva viene alimentata raccogliendo energia dai segnali della stazione base attraverso il time dividing based simultaneous wireless information and power transfer (TD-SWIPT). Il sistema mette a punto uno schema di harvesting basato sul beamforming congiunto di trasmissione e riflessione, con l'obiettivo di massimizzare il rate raggiungibile. Per gestire la natura non convessa del problema si ricorre all'ottimizzazione alternata (AO) basata su stochastic successive convex approximation (SSCA). E dalle simulazioni emerge che, a parità di potenza massima di trasmissione, questo approccio garantisce prestazioni anti-jamming migliori rispetto ad altre soluzioni.

Qui sotto ho messo in tabella le differenze più significative tra le architetture RIS di cui abbiamo parlato: serve soprattutto a farsi un'idea rapida quando bisogna scegliere in base ai vincoli energetici e a come viene effettuato il deployment.

Come si vede, non esiste una soluzione dominante: la scelta dipende dal compromesso tra potenza disponibile, mobilità richiesta e complessità computazionale accettabile. Le RIS attive autosostenibili rappresentano oggi la frontiera più promettente per scenari dove l'energia è scarsa ma serve robustezza anti-jamming.

RIS come strumento di attacco: jamming selettivo nel dominio spaziale

La stessa capacità di controllo spaziale che protegge le comunicazioni può essere usata per attaccarle. Un articolo presentato al NDSS Symposium da Philipp Mackensen (Ruhr University Bochum), Paul Staat (Max Planck Institute for Security and Privacy), Stefan Roth, Aydin Sezgin, Christof Paar e Veelasha Moonsamy descrive il primo meccanismo di jamming selettivo basato su RIS per la consegna precisa di segnali interferenti. La RIS consente un controllo spaziale adattivo all'ambiente, capace di disabilitare uno o più dispositivi vittima lasciando intatti i vicini.

La dimostrazione è impressionante: un dispositivo Wi-Fi completamente in denial-of-service mentre un secondo dispositivo a soli 5 mm di distanza continua a funzionare a 25 Mbit/s. Questo livello di selettività era impensabile con le tecniche di jamming tradizionali, che tendono a colpire aree intere. TechXplore (24 febbraio 2025) ha sottolineato come la tecnologia RIS permetta agli attaccanti di migliorare significativamente gli attacchi di jamming tramite controllo spaziale fine-grained, con attacchi di precisione che bypassano gli allarmi.

La ricerca propone anche potenziali contromisure, ma il messaggio è chiaro: la RIS è un'arma a doppio taglio. Chi progetta difese anti-jamming deve considerare che la stessa infrastruttura potrebbe essere sfruttata da un avversario. La sicurezza nel dominio spaziale diventa quindi una priorità, non un'opzione.

Risultati chiave della ricerca e prestazioni

La letteratura recente offre un quadro articolato delle prestazioni. Y. Cao nel 2022 (ICC) ha sviluppato un beamforming congiunto di trasmissione e riflessione basato su relax-and-retract per un sistema aerial-ground multi-RIS, migliorando l'anti-jamming con ottimizzazione indipendente di ciascuna RIS. W. Jiang nel 2022 (IEEE) ha proposto lo schema congiunto spazio-frequenza già citato, mentre M. M. Aziz nel 2024 (ScienceDirect) ha mostrato come un radar NLOS assistito da RIS mitighi i jammer repeater migliorando il rilevamento, soprattutto con blocchi di line-of-sight o jamming frequente.

L. Wu (URSI) ha analizzato come la RIS possa regolare le fasi dei segnali in ingresso e rifocalizzarli, con test statistici su clutter e jamming. Sul fronte delle prestazioni, lo schema autosostenibile TD-SWIPT supera altri schemi a parità di potenza massima di trasmissione, mentre l'ARIS con mean field mantiene complessità indipendente dal numero di UAV. La tabella seguente riassume i principali contributi e i loro risultati.

Questi risultati mostrano un progresso costante ma anche lacune aperte: la maggior parte degli studi si basa su simulazioni, e le prove sul campo restano limitate. Per un valutatore tecnico, la domanda non è se la RIS funzioni, ma in quali condizioni reali mantenga le promesse e a quale costo computazionale.

Test over-the-air e metriche di validazione

Rohde & Schwarz ha testato le RIS over-the-air in ambienti anecoici, misurando EVM e accuratezza della direttività. Queste metriche sono cruciali perché una RIS mal calibrata può degradare il segnale invece di migliorarlo. L'EVM quantifica la distorsione della costellazione, mentre l'accuratezza della direttività verifica che i nulli e i lobi siano orientati come previsto. Senza validazione OTA, i risultati di simulazione restano poco affidabili.

Il progetto 6G-LICRIS, a cui partecipa la stessa azienda, esplora l'uso di cristalli liquidi per superfici riconfigurabili, puntando a soluzioni compatte e a basso consumo per le reti 6G. La validazione sperimentale è il ponte tra la teoria e il deployment commerciale, e in questo senso le misure OTA rappresentano un passaggio obbligato per chiunque voglia integrare RIS in sistemi reali.

Nel contesto dei dispositivi anti-jamming per GNSS/GPS, le tecniche CRPAs usano beamforming per concentrarsi sui segnali satellitari e annullare le interferenze, con algoritmi adattivi che identificano il jamming in tempo reale. In ambienti ad alto rischio, queste soluzioni vengono abbinate all'anti-spoofing. La lezione per la RIS è che l'adattività in tempo reale e la validazione continua sono requisiti irrinunciabili.

Prospettive e rischi di sicurezza da monitorare

Il quadro che emerge è quello di una tecnologia matura ma non priva di insidie. Da un lato, la RIS offre miglioramenti di copertura, riduzione dei consumi e capacità anti-jamming senza precedenti, con applicazioni che vanno dalle comunicazioni di emergenza ai radar NLOS. Dall'altro, la stessa precisione spaziale abilita attacchi selettivi difficili da rilevare, come dimostrato dal jamming RIS-based capace di colpire un solo dispositivo Wi-Fi.

Per i professionisti della sicurezza, la priorità è sviluppare contromisure che rilevino manipolazioni spaziali anomale e proteggano i dispositivi anche in presenza di superfici ostili. La ricerca propone alcune direzioni, ma il campo è ancora giovane. La raccomandazione pratica è di non trattare la RIS come una semplice soluzione di copertura, bensì come un componente di sicurezza che richiede threat modeling dedicato.

In definitiva, la RIS anti-jamming è una delle frontiere più interessanti delle comunicazioni wireless, ma va adottata con consapevolezza: ogni capacità difensiva ha un rovescio offensivo, e la partita si gioca nel dominio spaziale. Chi comprende questo equilibrio sarà meglio preparato alle prossime evoluzioni delle reti 6G.

Domande frequenti

Come aiuta una superficie intelligente riconfigurabile contro il jamming?

Una RIS manipola fase, ampiezza e polarizzazione delle onde elettromagnetiche incidenti per costruire percorsi di segnale favorevoli agli utenti legittimi e creare nulli verso i jammer, senza costose catene RF né consumi elevati. In pratica rimodella il canale wireless, aumentando la resilienza alle interferenze e riducendo la necessità di aumentare la potenza trasmissiva.

La RIS può essere usata anche per lanciare attacchi di jamming?

Sì. I ricercatori hanno dimostrato il primo meccanismo di jamming selettivo basato su RIS, che consente un controllo spaziale adattivo dei segnali interferenti. È possibile negare il servizio a un dispositivo Wi-Fi mentre un secondo dispositivo a soli 5 mm di distanza resta operativo a 25 Mbit/s, rendendo gli attacchi di precisione difficili da rilevare.

Che cos'è la RIS aerea e perché viene usata per l'anti-jamming?

La RIS aerea (ARIS) è installata su droni e combina la riconfigurazione del canale con la mobilità degli UAV e condizioni di line-of-sight superiori. Supporta il deployment rapido in hotspot temporanei, comunicazioni di emergenza e scenari adversariali, e può ottimizzare congiuntamente beamforming della base station, riflessione ARIS e distribuzione spaziale delle superfici.

Quali sono le sfide delle RIS attive nei sistemi anti-jamming?

Le RIS attive migliorano le prestazioni anti-jamming ma introducono un carico di potenza esterno, aumentando la complessità hardware e limitando la flessibilità di deployment. Un design autosostenibile raccoglie energia dai segnali della base station tramite TD-SWIPT per superare questi limiti, anche se l'ottimizzazione risultante resta non convessa e complessa.