С нарастващите измамни атаки, GNSS приемниците от клас геодезически изследвания трябва да бъдат защитени чрез технология за смекчаване на смущенията, използваща най-новите техники за сигурност, за да осигурят надеждно позициониране.
Индустрията за проучване и картографиране от години се възползва от технологията за прецизно позициониране на GPS/GNSS. Въпреки че фалшифицирането на GNSS се признава за реална заплаха за безпилотни летателни апарати (UAV или „дронове“), влиянието му върху оборудването за проучване и картографиране все още се подценява. Надеждното улавяне на данни е важно при различни случаи на използване на картографиране, от заснемане на хора и мобилно картографиране до фотограметрията на UAV. Осигуряването на надеждно позициониране изисква използването на здраво оборудване, проектирано по такъв начин, че да облекчава всички възможни уязвимости. Използването на GNSS приемници, които са устойчиви срещу заглушаване и подправяне, е от ключово значение за надеждното улавяне на данни по всяко време и навсякъде.
GPS/GNSS подправяне срещу заглушаване
И заглушаването, и подправянето са вид GNSS радиосмущения, които се случват, когато слабите GNSS сигнали са преодолени от по-силни радиосигнали на същата честота. Заглушаването е вид смущение от „бял шум“, което води до загуба на точност и потенциална загуба на позициониране. Този тип смущения могат да идват от съседни електронни устройства или външни източници, като например радиолюбители в района. Спуфингът е интелигентна форма на намеса, която заблуждава потребителя да мисли, че той/тя се намира на фалшиво място. По време на спуфинг атака, радиопредавател, разположен наблизо, изпраща фалшиви GPS сигнали към целевия приемник. Например, дори евтино софтуерно дефинирано радио (SDR) може да накара смартфон да повярва, че е на връх Еверест (вижте Фигура 1)!
Потребителите на GNSS се сблъскват с все повече случаи на заглушаване, а случаите на спуфинг също се увеличават – особено през последните години, тъй като стана по-лесно и по-достъпно да се създават злонамерени спуфинг системи. Има много примери, от Финландия – която претърпя едноседмична спуфинг атака през 2019 г. – до Китай, където множество плавателни съдове са били обект на спуфинг атака. Следователно защитата от заглушаване и измама вече не е „приятно да има“ функция, а критичен компонент на GNSS приемник.
Инцидентите със спуфинг нарастват
C4ADS, неправителствена организация, която извършва базиран на данни анализ на конфликти и въпроси, свързани със сигурността, стигна до заключението, че Русия масово използва спуфинг, за да отклони въздушните дронове от навлизане във въздушното пространство в близост до правителствени фигури, летища и пристанища. И някои от най-ентусиазираните измамници са феновете на мобилната игра с добавена реалност „Pokémon Go“, които използват SDR, за да фалшифицират своята GPS позиция и да хващат неуловими покемони, без да се налага да напускат стаите си.
Такива атаки обикновено са насочени към определен приемник. Обаче измамното предаване всъщност ще засегне всички GPS приемници в близост. Например, SDR може да засегне всички GPS приемници в радиус от 1 км от източника на измама и сигналът може да бъде усилен за по-нататъшно разпространение. Това означава, че задачите за проучване или картографиране в гъсто населени райони са изложени на по-висок риск от такива „непреки“ измамни атаки.
Фигура 1: Дори евтин SDR може да надвие GNSS сигналите и да излъже едночестотен GPS на смартфон, за да повярва, че е на връх Еверест.
Как да защитите приемник от измама
Спуферът може или да препредава GNSS сигнали, записани на друго място и време, или да генерира и предава модифицирани сателитни сигнали. Следователно, за да се борят със спуфинг, GNSS приемниците трябва да могат да разграничават фалшиви сигнали от автентични сигнали. След като сателитен сигнал бъде маркиран като фалшив, той може да бъде изключен от изчисленията за позициониране.
Има различни нива на защита срещу измама, които приемникът може да предложи. Използвайки аналогията на система за откриване на проникване в дома, тя може да се основава на проста алармена система за влизане или по-сложна система за откриване на движение. За допълнителна сигурност, собственикът на дома може да реши да инсталира разпознаване на видео изображение, откриване на звук при счупване на стъкло или комбинация от горните. Незащитен GNSS приемник е като къща с отключена врата; той е уязвим дори за най-простите форми на подправяне. Защитените приемници, от друга страна, могат да открият спуфинг, като търсят аномалии в сигнала или като използват сигнали, предназначени да предотвратят спуфинг, като Galileo OSNMA и E6 или GPS военния код.
Усъвършенстваните технологии за намаляване на смущенията, като Septentrio AIM+, използват усъвършенствани алгоритми за обработка на сигнали, за да намалят заглушаването и подправянето на флагове. За откриване на подправяне, AIM+ проверява за различни аномалии в GNSS сигнала, като необичайно висока мощност на сигнала. Освен това работи заедно с алгоритмите за интегритет на RAIM+, за да гарантира валидността на обхвата (разстоянието до сателита) чрез сравняване на информация за обхвата от различни сателити. AIM+ дори няма да бъде заблуден от усъвършенстван генератор на GNSS сигнали, Spirent GSS9000. Дори при реалистични нива на мощност и действителни навигационни данни в сигнала, той все още може да го идентифицира като „неавтентичен“ сигнал. В момента се проучват други усъвършенствани техники против измама, като например използването на антена с двойна поляризация.
Фигура 2: Подправянето на GNSS може да се използва за манипулиране на движението на въздушни дронове.
Удостоверяване на сателитни навигационни данни
Различни държави инвестират в фалшива устойчивост чрез изграждане на сигурност директно в своите GNSS сателити. С Open Service Navigation Message Authentication (OSNMA), европейската Galileo е първата сателитна система, която въвежда услуга против фалшифициране директно на граждански GNSS сигнал.
OSNMA е безплатна услуга на честотата Galileo E1, която позволява удостоверяване на навигационните данни на Galileo. Такива навигационни данни носят информация за сателитното местоположение и, ако бъдат променени, ще доведат до грешно изчисление на позиционирането на приемника. Като близък партньор на ESA, европейският производител на GNSS Septentrio допринася за проектирането и тестването на системата Galileo от самото й начало. Днес, когато системата OSNMA навлиза в тестовата си фаза, приемниците на Septentrio успешно се използват за тестване на сигналите OSNMA. Американската GPS система също експериментира със сателитна защита срещу измама за граждански потребители със своята скорошна система за удостоверяване, наречена Chimera.
Фигура 3: Европейските спътници на Галилео предоставят отворена услуга за удостоверяване на сигнала E1 и търговска услуга за удостоверяване на сигнала E6. (Изображението е предоставено с любезното съдействие: Европейска космическа агенция)
Усъвършенствана технология за намаляване на смущенията
OSNMA е част от пъзела, включващ
AIM+
система за защита от смущения. Компонентът против заглушаване потиска най-голямото разнообразие от смущения, от прости, непрекъснати теснолентови сигнали до най-сложните, широколентови и импулсни предавания. Компонентът против подправяне се състои от откриване на аномалия на сигнала, OSNMA, RAIM+, както и други алгоритми.
Подготвени за бъдещето GNSS приемници
Технологията за намаляване на смущенията като AIM+ защитава точното позициониране днес. За да осигурят най-добрата защита и за утрешния ден, производителите на GNSS предлагат технология, ориентирана към бъдещето, която позволява на потребителите да се възползват от новите услуги за сигурност на GNSS като ONSMA и Chimera, веднага щом станат налични. Използването на надеждни за бъдещето GNSS приемници в оборудване за проучване, картографиране и UAV позволява на интеграторите да намалят времето си за пускане на пазара с устойчиви продукти. Защитеният GNSS означава надеждно точно позициониране и спокойствие за всеки, който разчита на тази технология.
Допълнителна литература
https://www.septentrio.com/en/advanced-interference-monitoring-mitigation-aim
https://septentrio-my.sharepoint.com/:b:/p/marketing/EU99N82bWyZPsvd4Dp9g5lwBEwqQLgeT8i7wtW64TEk-tw?e=S0fGFD