更具弹性的PNT可以应对GPS破坏的威胁

鉴于最近由国家发起的网络攻击的增加,围绕欺骗全球导航卫星系统以及这些系统的易受攻击性已经有很多猜测。亚历克斯·洛夫(Alex Love)探索了这如何促使国防部门考虑使用更具弹性的定位、导航和授时信号源。

近年来,针对全球导航卫星系统(GNSS)的电子攻击激增,凸显出需要更加强大的保护措施,以防止定位、导航和授时(PNT)数据受到破坏。

GNSS或GPS欺骗是部署最普遍的攻击之一,涉及广播带有虚假信息的信号,这些信号会模仿来自真实卫星的信号。其他攻击方法包括载波干扰,信号干扰和重播。

由于全球有如此之多的关键基础设施都依赖GNSS,因此组织需要为服务的意外中断做好准备。如果船舶或车辆依赖错误的导航数据,则结果可能是灾难性的。世界各国政府都在认真对待这种威胁。

干扰信号设备非常便宜且简单,不仅会造成干扰,还会产生欺骗。

“ GNSS信号非常非常弱,因为它们来自低地球轨道。它们在使用时是免费的。因此,我们已经沉迷于它们,并在日常生活中大量使用它们,因此它们非常重要, Hoptroff的创始人兼首席技术官Richard Hoptroff说。
“干扰信号设备非常便宜且简单,不仅是干扰而且是欺骗。而且主要是出于防御性的原因。如果您担心有人依靠GPS来攻击您,那么您的最佳措施之一就是干扰它。Hoptroff补充说:“反击就是干扰该信号,它是链中最薄弱的环节。我要做的部分工作是通过使用基于地面的信号来支持该薄弱环节来解决该问题。。”

不断上升的威胁

据了解,俄罗斯在国家一级拥有大规模的GNSS破坏能力。据报道,它加快了电子战系统的开发,以应对北约的强大C4ISR能力。

C4ADS的一份报告将俄罗斯与2016年2月至2019年初之间多达9883起欺骗事件联系在一起。作者从国际空间站的传感器获得了信息。事件发生在十个地点,并影响了平民使用的1,311艘船舶导航平台。此外,该报告称,俄罗斯一直在使用欺骗和干扰技术来掩盖其在叙利亚的行动。

这些活动不仅限于俄罗斯。众所周知,英国国防部会通过干扰练习来干扰GPS信号。Ofcom在其网站上发布时间、日期、位置和其他信息,例如频率。而且,在美国,联邦航空管理局的文件显示,私人和商用飞机的仪器经常受到美军GPS干扰的干扰。

虽然军事系统通常具有更高级别的保护和加密,但平民在网上购买设备以在较低端发动DIY网络攻击变得非常简单。这可能会严重破坏民用基础设施,例如机场,电信和发电站。

“ [在较低端],您可以花150英镑购买某种会欺骗或干扰信号的东西。它是Raspberry Pi电路板,带有软件定义的无线电和适当的开源代码,您可以从互联网上获得这些代码。如果您想学习这些知识,这很容易,”克兰菲尔德大学(Cranfield University)国防与安全总监西蒙·哈伍德(Simon Harwood)解释说。

然而,不仅仅是故意的攻击会导致GNSS失败。过时的设备和太阳天气也会造成干扰。

美国空军GPS III卫星在轨。洛克希德·马丁

提供备份

Hoptroff最初于2015年成立了自己的同名公司,专门为金融业服务,因为精确的时间戳记对于证券交易所至关重要。如果时间戳不同步数毫秒,则固定汇率将被拒绝,并将其标记为丢失的交易。

在开发弹性计时系统时,他最初认为他将需要依靠GPS固定在屋顶上的天线,或者必须将时钟放置在任何地方。但是,很快就知道该计划将是昂贵的。因此,他的团队进行了重新思考,并提出了一些解决方案,以解决GNSS面临的麻烦。

“我们开发了一个通过互联网协议传送时间的地面网络。那是在2016年,当时我还没有意识到这种GPS威胁问题。但事实证明,这是我们拥有的力量。”他说。

“就金融服务可能造成的潜在损害而言,问题在于您失去了因果关系,因此也就没有发生事件的绝对记录。因此,世界不会爆炸,但是如果没有它,它的确会使金融世界变得很难监管。

增强对不可信任卫星源的抵御能力的方法是有一些选择。

“但是在发电等其他领域,每个变电站都有一个GPS接收器,它可以用来同步交流电。如果对此进行了操作,则在同步到不同电源方面会遇到非常严重的问题。同样,每个手机发射塔都依赖GPS进行小区之间的切换以及产生频率,因此,在通信和功率分配方面可能造成的损害也非常巨大。”

增强弹性

由于大多数有意的GNSS中断都是由地面系统引起的,因此这也是解决方案所在。理查德·霍普托夫(Richard Hoptroff)表示,获得时间弹性的最佳方法是找到可靠的卫星替代品。

Hoptroff解释说:“通常,时间分配技术通过能够在不同来源之间切换而变得具有弹性,因为您永远不知道它的哪一部分会崩溃。对不可靠的卫星来源增强弹性的方法是有一些替代方案。这就是我们要采取的方向。我们拥有的是基于地面的时间分配网络。它不像GPS那样准确,但是它具有更大的弹性,因此就像您的备份一样。”

预计从长远来看,GNSS中断的潜在威胁会持续增长,因此国防组织将需要确定其信息的可靠性。为了解决这个问题,霍普托夫(Hoptroff)与克兰菲尔德大学(Cranfield University)合作,研究国防部门可以利用该技术获得运营优势的方式。

“这是简单地衡量风险与保持弹性的问题。您可以说某事是一种风险,但是如果您对此不采取任何措施,它将继续构成威胁。如果您了解威胁,如果您与威胁打交道,然后尝试建立应对措施,那么您会的。” Harwood补充道。

“但是当我们进入人工智能、量子、自治和超级计算领域时,随着它们的发展,事物的大小,重量和力量都会发生变化。当您使用计算机系统获得更多高端功能时,从技术上讲,事情变得更容易进行。但是,您既可以使用它们,也可以使用它的好坏。因此,随着事情变得更容易做,防御起来也变得更加容易。这是一个永无止境的循环。”

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