Italialainen keksijä Marconi rakensi 1800 -luvun lopulla laitteet, joilla voitiin lähettää ja vastaanottaa sähköisiä signaaleja ilmateitse lyhyeltä matkalta. Tosin nykytietämyksen mukaan venäläinen Alexander Popov pystyi ensimmäisenä luomaan radioyhteyden kahden pisteen välille. Kokeensa Popov teki Kotkassa. Marconin panos langattoman viestinnän tutkijana on kuitenkin niin merkittävä, että häntä voidaan pitää alan uranuurtajana. Jo vuonna 1901 Marconi onnistui vastaanottamaan valtameren yli lähettämänsä signaalin. Näin luotiin pohja langattomalle lennättimelle ja radiolähetyksille. Marconi sai keksinnöistään Nobelin palkinnon vuonna 1909.
Langattomat lähetykset säilyivät pitkään analogisina, vasta viime aikoina langattomassa tiedonvälityksessä on siirrytty digitaalisiin järjestelmiin. Analogisia järjestelmiä kutsutaan ensimmäisen sukupolven (1G) ja nykyisin käytössä olevia digitaalisia toisen sukupolven (2G) järjestelmiksi. Tulossa, ja osittain jo käytössä olevia, parannettuja digitaalijärjestelmiä sanotaan kolmannen sukupolven (3G) järjestelmiksi. Sekä toisen että kolmannen sukupolven verkot perustuvat vielä joiltakin osin analogisiin ratkaisuihin, mutta vuoden 2010 paikkeilla ennustetaan täysin digitaalisen teknologian (4G) tulevan markkinoille. Tällä kurssilla tarkastellaan enimmäkseen toisen sukupolven ja sitä uudempiin tekniikoihin perustuvien järjestelmien tietoturvaa.
Nykyisin langattomia verkkoja ja laitteita käytetään useimmiten lankaverkkojen (joko lähiverkkojen tai Internetin) jatkeena ja usein langaton päätelaite on vain yhden langattoman hypyn päässä lankaverkosta. Esimerkiksi langattomien lähiverkkojen asiakkaat ovat useimmiten yhteydessä tukiasemaan, joka on kytketty langalliseen lähiverkkoon. Näin ollen langattoman tietoliikenteen tietoturvaa tarkasteltaessa on tunnettava tietoverkkojen tietoturvan yleisperiaatteet; lisäksi langattomuus aiheuttaa uusia ongelmia.
Viime vuosina on perustettu massiivisia salakuuntelujärjestelmiä. Esimerkiksi FBI:n Carnivore -ohjelma on automatisoitu eri lähteistä saatavien tekstiviestien analysointimekanismi. Carnivore voi kaapata miljoonia puhelinkeskusteluista, sähköpostista, yleensä Internetistä, radio- ja satelliittilähetyksistä saatavia viestejä päivittäin.
ECHELON on luultavasti kaikkien aikojen laajin langaton salakuunteluohjelma; Yhdysvaltain hallitus ei ole vieläkään virallisesti myöntänyt ohjelman olemassaoloa, mutta liittolaisvaltioiden paljastuksien perusteella järjestelmästä tiedetään kuitenkin varsin paljon. Lehdistössä järjestelmä mainittiin ensi kertaa vuonna 1997, kun Nick Hager julkaisi laajan artikkelin aiheesta. Hagerin mukaan ECHELON pystyy seuraamaan jopa 90 prosenttia kaikesta maailman Internet -liikenteestä. Salakuunteluasemia on sijoitettu ympäri maailman Yhdysvaltain liittolaisvaltioihin. Viesteistä seulotaan tiettyjä avainsanoja sisältäviä viestejä ja näiden perusteella viestit toimitetaan sopivalle käsittelijälle. Tarkkoja tietoja ECHELON -järjestelmän käsittelykapasiteetista ja -menetelmistä ei ole saatavilla.
ECHELONin uskotaan koostuvan kolmesta komponentista: Ensimmäiseen komponenttiin kuuluvat maa-asemat tarkkailevat INTELSATS -satelliittien liikennettä. Nämä satelliitit välittävät merkittävän osan maailman puhelinliikenteestä. Toisen komponentin asemat salakuuntelevat muita tietoliikennesatelliitteja, joita käytetään esimerkiksi sotilaallisen ja diplomaattisen tiedon välittämiseen. Kolmas komponentti tarkkailee maanpäällistä mikroaaltoliikennettä; tämän komponentin asemat ovat pieniä ja kevyitä. ECHELONin sanotaan myös käyttävän useita satelliitteja sieppaamaan kaupunkien välistä tietoliikennettä. ECHELONin keskuspaikkojen uskotaan sijaitsevan Yhdysvalloissa Denverin tienoilla ja Englannissa Menwith Hillissä.
Kun organisaation tietoliikenne siirtyy langattomiin välineisiin, on otettava huomioon väistämättä seuraavat pulmat yksityisyyden suojaamisessa. On valittava politiikka, jolla yksityisyyden suoja toteutetaan. Voidaan rajoittaa langattomien laitteiden käyttöä, voidaan kehittää automaattisia ja henkilöiden käyttämiä turvaprotokollia tai sallitaan langattomien laitteiden vapaa käyttö yksityisyyden rajoittumisen kustannuksella. Näistä keskimmäinen politiikka voi olla toivottavin, mutta salausprotokollien implementointi langattomaan ympäristöön voi asettaa laitteistolle kohtuuttomia vaatimuksia ja johtaa palvelun laadun heikentymiseen.
Langattoman tiedonvälityksen yleistyessä julkisen ja henkilökohtaisen rajat hämärtyvät. Kun työntekijä voi helposti kantaa työasemansa kotiin, hän ei ehkä tarvitse henkilökohtaista tietokonetta ja viestintä enää lainkaan. Tulevaisuudessa työpaikalla ja kotona olon rajat saattavat liueta olemattomiin. Tämä voi lisätä vapaa-aikaa ja parantaa elämän laatua, mutta myös toimia päinvastoin - elämästä voi tulla katkeamatonta työtä ja tavoitettavissa oloa. Edelleen suuri osa yksityisestä informaatiosta saattaa muuttua julkisesti saatavaksi. Tyypillinen esimerkki tästä on paikannuspalvelu, joka rajoittaa henkilön yksityisyyden suojaa, mutta jota voidaan käyttää esimerkiksi pelastuspalvelussa. Voidaan kysyä, milloin henkilö saadaan paikantaa vastoin tahtoaan, saadaanko esimerkiksi rikollisia tai rikoksista epäiltyjä seurata?
Erityisesti radiotaajuuksilla tapahtuvan viestinnän kynnyskysymyksiin kuuluu kaistanleveys; samalla taajuudella ei voi olla kahta paikallisesti samanaikaista lähetystä. Kansainvälisillä sopimuksilla on säänneltävä taajuusalueiden käyttöä, jotta radiolähetykset ja tietoliikennejärjestelmät olisivat mahdollisia. Taajuusalueiden käytön koordinoinnissa keskeinen toimija on ITU (International Telecommunication Union), joka on perustettu jo vuonna 1865 nimellä International Telegraph Union. Sittemmin ITU on kehittynyt YK:n alaisuudessa toimivaksi teleliikenteen standardointijärjestöksi ja sen toiminta jaetaan kolmeen alaosastoon: ITU-D kehitystyöhön, ITU-R radiotaajuuksien jakamiseen ja valvontaan sekä ITU-T puhelin- ja teleliikenteen suosituksiin.
Langattoman viestinnän yhä yleistyessä tarvitaan ratkaisuja, jotka osaavat käyttää uudelleen taajuusalueita tehokkaasti ja joissa tiedot voidaan pakata tehokkaasti. Salaustekniikat taas sotivat tätä vastaan, koska yleensä salaaminen lisää liikennettä. Muun muassa näistä syistä on luultavaa, että langaton tiedonvälitys ei koskaan korvaa lankaverkkoja täysin, mutta luultavasti kuitenkin kasvaa nykyisestä suunnattomasti. Yleisesti uskotaan langattomien laitteiden olevan turvattomampia kuin langalliset. Tämä rajoittaa jonkin verran langattomien laitteiden määrän kasvua, mutta ei muodostu sille esteeksi. On olemassa vaara, että turvallisina markkinoidaan edullisia ratkaisuja, jotka kuitenkaan eivät täytä tietoturvalle asetettavia vaatimuksia. Saattaa nimittäin olla helpompaa muuttaa asiakkaiden vaatimuksia kuin kehittää toimivia tietoturvaratkaisuja.
Yleisesti ottaen langattomaan tietoliikenteeseen perustuvat järjestelmät ovat turvattomampia kuin langalliseen perustuvat. Koska langaton tiedonvälitys ei tarvitse fyysistä yhteyttä, langattomat tietoverkot selviävät yleensä paremmin luonnonmullistusten aiheuttamista vahingoista. Tässä mielessä langattomien verkkojen fyysinen tietoturva on parempi.
Radiotiellä käytettävä tiedonsiirto on aina laajakaistasiirtoa, ts. siirrettävä tieto moduloidaan niin, että se tarvitsee vain rajatun taajuusalueen eli kanavan. Moduloitu informaatio voi olla joko analogista tai digitaalista.
Ensimmäisen sukupolven laitteet ovat analogisia. Näitä on edelleen paljon käytössä, esimerkiksi NMT -puhelinverkko perustuu analogiseen standardiin. Analogiset verkot väistyvät digitaalisten tieltä vähitellen, eikä tässä kurssissa perehdytä juurikaan ensimmäisen sukupolven laitteiden tietoturvaan.
Tällä hetkellä käytössä olevat verkot ovat pääasiassa toisen sukupolven, digitaalisia verkkoja, kuten GSM -verkko. Digitaalisessa puhelinverkossa analoginen äänisignaali paketoidaan digitaalista lähetystä varten, jolloin käytettävän kanavan kaistanleveys saadaan käytettyä tehokkaammin hyväksi. Kommunikointijärjestelmässä on oltava jokin menetelmä, jolla siirtotie jaetaan usean käyttäjän kesken; tätä nimitetään kanavanvaraukseksi. Kanavanvaraustekniikoita ovat FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) ja CDMA (Code Division Multiple Access).
FDMA -tekniikassa radiokaista jaetaan osa-alueisiin, joista käyttäjille jaetaan yksi yhden yhteyden ajaksi. NMT -verkko käyttää FDMA -tekniikkaa. TDMA jakaa kunkin käytettävän kanavan aikajaksoihin ja jokainen kanavaa käyttävä laite saa lähetysvuoron hetkeksi. Täten siirtyvä informaatio koostuu aikaväleistä (timeslot), jotka sisältävät näytteitä eri käyttäjien datasta. Yleensä käytetään synkronista aikajakoa, jolloin kanavalla siirtyy kiinteä määrä aikavälejä riippumatta siitä, ovatko ne käytössä. TDMA -tekniikka on käytössä GSM -verkoissa. CDMA käyttää hajaspektritekniikkaa ja puhelut tunnistetaan koodin perusteella. Perusperiaate on jakaa signaalin bittiaika osiin, lastuihin (chip). Näin ollen yksi (looginen) siirrettävä bitti koostuu tietystä määrästä (yleensä 64 tai 128) fyysisiä bittejä ja jokaiselle liikennöivälle laitteelle annetaan oma bittikuvio, joka vastaa sen loogista ykkösbittiä. Tämän kuvion komplementti vastaa nollabittiä. CDMA -tekniikka tulee todennäköisesti olemaan vallitseva kolmannen sukupolven verkoissa.
Kolmannen sukupolven teknologia parantaa toisen sukupolven verkkojen suorituskykyä ja lisää tehokkuutta. Kolmannen sukupolven tekniikoita ovat GPRS, EDGE ja UMTS. Näistä GPRS ja EDGE ovat GSM -teknologian päälle rakennettuja ratkaisuja ja UMTS teknisesti uusi. Kolmannen sukupolven standardit ovat alaspäin yhteensopivia toisen sukupolven standardien kanssa. Tietoliikenteen nopeus on maksimissaan 2 Mbps. Kolmannen sukupolven ratkaisuja on jo käytössä, mutta on vielä epäselvää missä määrin niitä kehitetään vai muodostuvatko ne vain välivaiheeksi neljänteen sukupolveen siirryttäessä.
Neljännen sukupolven verkkoja on suunniteltu tulevan käyttöön vuoden 2010 tienoilla. Tällöin kaikki verkot muuttuvat pakettikytkentäisiksi ja kaikki verkon osat digitaalisiksi. Tietoliikenteen nopeus kasvaa aina 100 Mbps saakka. Verkon tietoturva kasvaa ja päätelaitteiden liikkuvuus paranee. Suurten tietomäärien siirtäminen tulisi olla halvempaa kuin 3G verkoissa.