dxdt.ru: забавно интернет списание

Книги: „Разработка на уебсайтове“ - „Войни на домейни“. Информационна сигурност: TLS лист с данни, тестов сървър TLS 1.3. Ресурси: LaTeX

Подправяне на GPS сигнал (GPS подправяне)

Сателитната навигационна система е сложен комплекс, но логиката на GPS работата от гледна точка на конкретен приемник е много проста. Приемникът, като измерва разликата между времето на пристигане на сигнала от спътника и времето на генериране на този сигнал, определя разстоянието до сателита източник. Тъй като координатите на сателитите в даден момент са известни с висока точност, приемникът може да изчисли собствените си координати. Опростено математическо описание: всеки сателитен сигнал дава едно уравнение, което определя местоположението на точките, където приемникът може да бъде разположен; три спътника - позволяват ви да изградите система от три уравнения и по този начин да намерите точните координати в пространството (оставяме двусмислията „граница“ извън скобите). Изчисленията изискват точно време и повечето GPS приемници нямат достатъчно точен вграден часовник, така че е необходимо друго уравнение, за да се получи точното време за разграничаване на времето - това уравнение дава четвъртия спътник. По този начин сигналите от четири спътника са достатъчни за приемника да определи точно координатите. Естествено на практика има смущения и различни хардуерни изкривявания, но логиката е точно такава.

GPS не осигурява удостоверяване на информацията за навигация. С изключение на военния сигнал, който сега няма да разглеждаме, не е осигурена защита. Тоест, гражданският GPS приемник се ръководи само от данните, получени „от входа на антената“. Вече изхождайки от това, лесно е да се досетим, че ако нападателят има способността да контролира електромагнитната картина на антената на приемника, тогава той може да „нарисува” всяка виртуална конфигурация на сателити за този приемник и като цяло приемникът няма да може да различава виртуалните координати от истинските. Такава активна намеса се нарича GPS подправяне и е демонстрирана от доста време. (На практика, поради факта, че „нарисуваната“ картина не е перфектна, има някои възможности за откриване на подправяне на приемника.)

Тъй като сигналите на гражданския GPS са напълно отворени, заглушителят може да ги генерира преди време. Тоест, възможно е да се предскаже какъв ще бъде сигналът в дадена точка от пространството в даден момент. Този момент дава възможност да се компенсира времето, изразходвано за генериране на динамичен фалшив сигнал, и като цяло той почти напълно премахва ограниченията за системата за подмяна: той може да симулира всякакви конфигурации на спътници и приемник (военният сигнал е много по-добре защитен тук: подправянето е ограничено до възпроизвеждане на предварително получени сигнали, но със закъснение).

Системата за спуфинг ще има следната основна конфигурация: Генераторът на GPS сигнал предава симулация на сигнала на няколко спътника през антената, на GPS честотата (в тази система една честота се използва от всички спътници, сигналите се разделят с помощта на кодиране ); При условие, че симулираната сила на сигнала е малко по-висока от силата на сигнала на реалните сателити, GPS приемникът ще „улови“ фалшивия сигнал и ще изчисли позицията въз основа на него. В тази схема всички приемници, които попадат в зоната за подправяне, ще изчислят едни и същи координати (те ще се окажат в една и съща „виртуална“ точка в пространството), докато приемниците, разположени (в действителност) на различни места, автоматично ще имат малко несъответствие във времето. GPS сигналът е периодичен, така че дори „статичното“ подправяне изисква динамично предаване на същите навигационни съобщения по отношение на действителното съдържание. Смущенията могат да бъдат направени отвеждащи - такива смущения симулират движението на приемника по пътя, посочен от спуфера.

GPS сигналът е проектиран да позволява приемане при ниско ниво, под шума. Приемниците използват единия или другия корелатор, за да получат достатъчно съотношение сигнал/шум. От една страна, това означава, че сигналът за подправяне може съвсем леко да надвиши мощността на реалния сигнал - корелаторът все пак ще го „хване” (с други думи: няма да работи за откриване на наличието на подправяне от увеличения сигнал мощност). От друга страна, GPS приемникът трябва да улавя сигнала (това е процес, известен на всички GPS потребители), и след това да работи със заснетите параметри, придружаващи ги. Този момент на проследяване е важен: може да се настрои активна отклоняваща намеса към определен приемник, така че проследяването да не бъде нарушено. Въпреки това, в случай на по-просто подправяне, приемникът, попадайки в зоната на активни смущения, ще загуби придружаващия код и ще бъде принуден да улови отново излъчващия сигнал - този процес ще бъде забележим. Настройването на скрито отклоняване е много по-трудно от насочването към статично подправяне. И статичното подправяне ще се прояви в загуба на сигнал, последвано от възстановяване в напълно различна (симулирана) точка в пространството. Повечето навигатори са изключително прости, така че маркировката на картата ще скочи до произволно място, посочено от системата за подправяне (въпреки че този скок може да бъде открит дори от най-примитивния алгоритъм).

За системата за подправяне на гражданския сигнал няма значение до коя точка в пространството да се „преместят“ устройствата, попаднали в обхвата на смущения: както беше отбелязано по-горе, поради факта, че гражданският сигнал не е защитен по никакъв начин, той може да бъде изчислен предварително без ограничения на достатъчно големи интервали от време.

Технически системата за подправяне може да бъде изградена на базата на лабораторен генератор на GPS сигнали - има такива специализирани устройства, които позволяват генериране на картина за голям брой спътници и са предназначени за отстраняване на грешки на GPS приемници. В най-простия случай е достатъчно да изведете генераторния сигнал към външна антена. Възможно е да се изгради система за подправяне, базирана на един или друг набор от SDR (Софтуерно дефинирано радио - софтуерно дефинирана радиосистема), за тях има съответния софтуер. Очаквани разходи (за система със СПТ) - не повече от 5 хиляди щатски долара. Естествено има готови решения специално за подправяне.

Трябва да се отбележи, че отделен проблем е създаването на фалшиво поле, което прозрачно въздейства върху различни устройства, разположени, например в градските райони: тук ще се намесват отраженията на сигнала за смущения от сградите, както и получените радио сенки, конфигурацията на която е за истински сигнал от сателити, а сигналът за смущения - много различен.

Не по-малко интересен е аспектът на заглушаване на група GPS приемници, като същевременно се запазва тяхната пространствена конфигурация един спрямо друг. Да предположим, че имаме три приемника, които са на няколкостотин метра един от друг и разстоянията между тях са известни. В случай на конвенционално GPS подправяне, след като приемниците получат фалшив сигнал, те ще се "преместят" в една точка. Този факт може да бъде в основата на изграждането на система за откриване на подправяне. Заглушаването при запазване на конфигурацията на групата се оказва изключително трудна задача, решена по-скоро теоретично, тъй като ще е необходимо да се изчислят отделни фалшиви сигнали за всеки приемник, както и правилното предаване на тези сигнали към антените, което изисква точна информация за местоположението на последната.

Предложени са различни методи за откриване на GPS подправяне. Например, възможно е да се извлече фалшив сигнал въз основа на определянето на посоката към неговия източник. Можете да определите посоката, като сравните фазите на сигнала на няколко антени. Можете да използвате изместването на честотата на Доплер като допълнителен източник на информация, това е важно за движещи се обекти. Има решения, базирани на използването на военния GPS сигнал като еталон (без да е необходимо да се знае тайният ключ) - тук се откриват несъответствия между получения граждански сигнал и военните параметри. (Военният канал обаче може просто да бъде заглушен от шум.) Опцията с инерционна навигационна система е съвсем очевидна: такава система е автономна, поради което може да открие противоречие в данните, идващи от GPS приемника.