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致命入侵!GPS干扰和欺骗

佚名 科学 2020年12月03日

致命入侵!GPS干扰和欺骗

2017年,美国德州大学的一支研究团队利用一台笔记本电脑、一个小型天线和一台价值 3000 美元的GPS干扰欺骗机,成功控制了地中海一艘价值 8000 万美元的 63 米长超级游艇的导航系统。研究人员说:“我们把假冒的信号输入 GPS 天线,即可以让这些信号控制该艘超级游艇的导航系统。想象一下这可以让一个港口瘫痪,让一艘船搁浅,这些情况很让人担忧。”想象一下,在这种欺骗下,依靠GPS衍生的纽约证券交易所的时间被黑客控制、飞机和轮船的驾驶员将眼睁睁地看着自己偏离航线,可当他们发现不对时已为时已晚。


看不见的威胁


现代社会与GPS有着某种特殊的关系,使我们几乎盲目地依赖它。作为现代定位系统的重要手段之一, GPS卫星定位系统广泛应用于汽车定位、手机定位、武器系统,深深地建入到我们的系统和设施中,一些人称它为“看不见的工具”。


从船舶导航到金融交易,我们越来越依赖GPS。因此,干扰和欺骗会造成严重破坏,并构成公共安全威胁。


《达芬奇密码》中Langdon 教授在检查一个GPS跟踪器


2006年的电影中出现的GPS跟踪器曾经引起专业人士的质疑——在当时,这么小巧的跟踪器是不可能出现的。


而技术发展到今天,最小的GPS跟踪器边长只有一厘米,性能却比以往更灵敏。超小型GPS跟踪器将很快从虚构变成现实。




技术向更小更精密发展,使GPS跟踪在除商业刺探之外,更多地应用于个人隐私窃取。


而为了对抗跟踪和定位带来的困扰,GPS干扰出现了。


GPS干扰


GPS干扰是一种相对简单的技术,仅涉及产生足够强的RF信号以淹没GPS卫星的发射信号。GPS干扰攻击的对象将立即意识到出了点问题,因为系统将无法产生地理位置结果。


麻省理工学院的研究生Limor Fried将她研发的GPS干扰器叫做“电波气泡”, GPS 进不了这个气泡,以达到收回私人空间的目的。但实际上,私人使用“气泡”是违法的。实际上它并不是一个气泡,它干扰的不只是私人空间或汽车,它还干扰到你周围数英里的无辜的GPS接收器。出于对抗跟踪考虑的人开启电波气泡也许并不会感觉不妥。但事实是,结果将是灾难或者致命性的。


无论GPS干扰器的目标是什么,设备都不会区别对待,因此通常会带来额外的附带损害。空中交通管制(ATC),搜救行动,电网和移动电话服务都容易受到GPS干扰的影响。伦敦证券交易所反复遭受GPS中断,影响了金融交易的时间戳。2007年,圣地亚哥港的一次GPS通信中断演习,使该市居民无法从自动柜员机上提取现金,医生的紧急呼叫器也停止了工作,他们花了三天的时间才确定这艘船演习是原因。随着来自平民用户的干扰活动变得越来越普遍,我们面临着类似的中断以及更致命的事件,例如飞机在人口稠密地区上撞的危险。


GPS干扰可以无意或有意进行,并且其流行程度正在增加。一个专业研究团队在对伦敦进行GPS频段监视活动的仅仅几周时间里,便发现了严重的干扰活动。从粗略的未调制干扰源(主要集中在L1或L2波段)到合成信号源(故意针对性)不等。


在伦敦,人为干扰的一种常见用法是出租车和HGV司机逃避疲劳驾驶时间的规定,或试图阻止雇主对其进行追踪。在世界其他地方,GPS干扰已被用于其他目的。韩国在2016年受到来自朝鲜的GPS干扰影响,影响了船舶和飞机的导航。


GPS欺骗


事实上,为了保护位置隐私,有一个比电波干扰更颠覆性的东西,它就是GPS欺骗。其原理就是:它不发射干扰信号,而是发射假信号,它模仿这些信号,如果做得足够好,甚至连攻击的仪器都不知道它被骗了。它是对付GPS跟踪入侵的终极武器。假设你被攻击了,你可以反制去愚弄攻击者。你假装在工作,实现你在度假。你可以把前男友骗到一个空荡荡的停车场,那里只有警察在等他。


GPS欺骗的原理,如下方视频,清晰简单


GPS欺骗作为更隐蔽的攻击形式,其中涉及故意模仿GPS卫星的传输形式,诱使接收器认为它已按预期方式发送了信息。最简单形式的GPS欺骗涉及将位置信息发送到GPS接收器,这显然是错误的(例如,它可能会告知出海船舶当前位于陆地上) 。用户可以立即清楚地知道他们已经被欺骗了,但是仍然阻止不了他们使用GPS系统达到预期目的。在这种情况下,欺骗基本上是一种更有针对性的干扰形式,它只会影响GPS系统,而不会使整个RF环境充满噪声。


GPS欺骗的一种更微妙和复杂的形式,包括通过首先向GPS系统发送正确的位置信息来劫持GPS系统(因此,欺骗并不立即显而易见),然后非常缓慢地更改要发送的信息,例如,将船只拖离敌对水域,或在沙洲上禁用船只。


那么它是怎样工作的?GPS卫星发送伪随机代码,地面接收器可以从该代码中分辨出每颗卫星发送信号的时间。这使他们能够确定信号到达它们所需的时间,以及它们与每个卫星之间的距离。


对抗干扰和欺骗


随着5G系统进入GPS使用的频率,干扰可能会越来越广泛。经常有人这样问:真的有人能用一个欺骗器控制一个GPS接收器的时间和位置?答案是:可以!


关键的问题是民用GPS信号是完全开放的,它们没有加密、没有验证、它们完全开放,对欺骗性的攻击完全没有抵抗力。


我们不能这样纵容GPS干扰和欺骗,但是在目前缺失有效约束和手段的情况下,我们能通过某种技术来保护自己免遭侵害。


确定是否正在发生欺骗的明显方法是确定接收到的信号来自何处。如果事实证明它是从附近发送到接收器的,而不是从大气中发送出去的,那么我们可以确定接收器是被欺骗的。幸运的是,频谱监视可以检测和定位干扰源,并可以使用抗干扰和防欺骗技术来抢先进行攻击。这不仅可以检测到欺骗,而且知道欺骗者的位置可以采取措施在源头将其关闭。


正如研究团队在伦敦活动中实施的频谱监测一样,GPS干扰器可以通过移动测向系统进行检测和定位。频谱分析以确定干扰的持续时间和信号类型也可以用作指示干扰是偶然的还是故意的。然后可以警告那些意外干扰的人,并可以起诉恶意攻击者。这样可以快速解决由GPS干扰引起的破坏和危险,并起到预防威慑作用。


标签: 干扰   欺骗