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GPS 干扰和欺骗的潜在威胁

u-blox GNSS automotive navigation

汽车、运动手表、手机网络和证券交易所有哪些共同点?它们都受益于卫星定位并且因其实现转型,可以对自身地理位置进行定位,或者将分布式网络准确同步到同一时区。但是,尽管全球导航卫星系统 (GNSS) 技术已经渗透到我们生活的方方面面,但该系统的成功使其成为业余窃贼和专业军事组织的目标。

大体上有两种方法可以篡改 GNSS 接收器。第一种方法是干扰,即将其暴露在 GNSS 卫星所用频率的电磁噪声中。如果追踪资产的 GNSS 接收器被干扰,则货物集装箱、车辆、宠物以及基本上所有其他东西都可能从其所有者的仪表板上消失,要么暂时消失(足以掩盖某种形式的非法行为),要么永久消失。GNSS 干扰器可以在线购买,价格不到 30 美元。

另一种方法是欺骗,即通过向 GNSS 接收器馈送虚假的卫星信号(例如在不同的时间或位置)来欺骗 GNSS 接收器。在某些情况下,GNSS 接收器或用户可以立即发现欺骗行为。但是,如果目标是仅使 GNSS 在特定区域不可靠,那它们仍会成功。 

原本可能只有在电影中才有这样的场景,詹姆斯·邦德使用欺骗手段将车辆引导至错误的目的地,而且不会让驾驶员注意到。但去年,来自美国和中国的研究人员团队开发了一款精密的欺骗设备,这样的场景真的可以实现。通过在相应情况下欺骗卫星信号,该设备能够使车载导航系统生成一条通往“错误”目的地的新路线。

研究人员使用的欺骗手段是设计干预措施,以使导航指令继续与汽车的实际室外环境相匹配,而虚假的 GNSS 信号则欺骗导航设备“认为”其仍在前往原始目的地的路线中。研究人员邀请 40 位参与者测试该设备,其中 38 位一直驾驶到错误的目的地。该设备硬件所需成本仅为 223 美元。

随着众多经济领域(包括银行和航空等敏感领域)日渐依赖 GNSS 技术,干扰和欺骗有可能被用作大规模破坏的有效武器。人类用户可能会发现 GNSS 数据与现实之间存在明显的差异;由于缺乏人为滤波器,使用 GNSS 数据的自动化系统特别容易受到攻击。

防止接收者受到欺骗

感知是应对信号干扰和欺骗威胁至关重要的第一步。如果资产所有者发现其资产跟踪器由于某种原因被干扰,则可以立即采取措施。幸运的是,GNSS 接收器可以非常容易地检测到干扰。追踪应用程序将在最佳时机通知资产所有者有可疑事件发生。

此外,最新的 GNSS 接收器可以同时追踪多个 GNSS 星座和频带。这极大地增加了需要并行处理的信号数量,可能因此无法检测到欺骗。欧洲的 GNSS 星座“伽利略”(Galileo) 推出了开放服务导航消息身份验证 (OS NMA),用户可使用常见的安全加密和身份验证算法来验证其设备接受到的 GNSS 信号的真实性。

智能系统设计至关重要

TWEET最终,防止 GNSS 干扰和欺骗的最有效保护措施是智能系统设计。

特别是,利用可用冗余来检测干扰。在智能汽车中,这可能意味着将基于 GNSS 的测量结果与车辆惯性导航系统所感知的测量结果进行比较,因为信息冲突将是检测出问题的可靠方法。

与 IT 安全一样,这是提供解决方案的人们与寻求如何利用漏洞的人们之间的军备竞赛。创新的硬件、对安全定位解决方案的坚定承诺以及智能系统设计,是确保 GNSS 技术在当今和未来一直为合法用户提供服务的三个关键要素。