什么是欺骗以及如何确保GPS安全性？

什么是GPS欺骗？ 如何保护我的GPS接收器免受欺骗攻击？

随着技术的进步，使GPS / GNSS *设备的价格更加实惠，我们的生活越来越依赖的定位和定时。测量，建筑和物流等行业依靠的定位来实现自动化，效率和安全性。GNSS时间通过同步电信网络，银行和电网为我们的行业骨干提供了脉动的心跳。据估计，仅在美国，一天GNSS中断的成本就高达10亿美元（1）。GNSS是一个可靠的系统，因此要保持这种状态，的GNSS接收器需要警惕所有可能被利用的漏洞。使用安全可靠的PNT（定位，导航和时间）的关键是使用抗干扰和欺骗能力强的GNSS接收器。  

* GNSS是指从太空广播信号的卫星星座，这些星座将定位和定时信息传输到地球上的GNSS接收器。然后，接收者使用此信息来确定其位置。这些系统包括美国的GPS，欧洲的伽利略，俄罗斯的GLONASS，中国的北斗，日本的QZSS（Michibiki）和印度的NAVIC系统。“

 

什么是GPS / GNSS欺骗？

无线电干扰可能会使弱的GNSS信号过载，从而导致卫星信号丢失，并可能导致定位丢失。欺骗是一种聪明的干扰形式，它使接收者认为它在错误的位置。在欺骗攻击期间，附近的无线电发射器会将伪造的GPS信号发送到目标接收器。例如，便宜的SDR（软件定义无线电）可以使智能手机相信它在珠穆朗玛峰上！  

图1廉价的SDR（软件定义无线电）可以压倒GNSS信号，并欺骗单频智能手机GPS，使其认为它位于珠穆朗玛峰上。

为什么要进行GPS欺骗？ 

想象一下战斗情况。显然，使用GPS / GNSS技术的一方将比不使用GPS / GNSS技术的一方具有优势。但是，如果一方可以操纵对手的GPS接收器怎么办？这可能意味着接管依赖GPS定位的自动驾驶汽车和机器人设备的控制。例如，在2018年10月，俄罗斯指控美国欺骗了无人机并将其重定向到攻击叙利亚的俄罗斯空军基地（2）。  

图2 GNSS欺骗可用于操纵空中无人机的运动。

在过去的三年中，在俄罗斯边境附近的海域记录了600多次欺骗事件。这些船似乎被“运输”到附近的机场（3）。这种欺骗可能已被引入作为对地面间谍无人机的防御机制。市场上大多数半无人机都具有内置的地理围栏机制，当它们靠近机场或其他禁区时会自动着陆（4）。

一些热衷仿冒的是学é周一GO谁使用廉价的SDR（软件定义无线电）球迷恶搞自己的GPS位置，赶上难以捉摸学é星期一，而不必离开自己的房间。

 

欺骗类型

欺骗者用携带错误定位信息的无线电信号来压倒相对较弱的GNSS信号。欺骗有两种方法：


    1. 重新广播在其他地点或时间记录的GNSS信号（所谓的meaconing）

    2. 生成和发送修改后的卫星信号

 

防欺骗：如何保护您的接收器免受欺骗？

为了对抗欺骗，GNSS接收器需要从真实信号和欺骗信号的混合中检测出欺骗信号。一旦将卫星信号标记为欺骗信号，就可以将其从定位计算中排除。

接收器可以提供各种级别的欺骗保护。让我们将其与房屋入侵检测系统进行比较。您可以使用简单的进入警报系统，也可以使用更复杂的运动检测系统。为了提高安全性，您可以安装视频图像识别，碎玻璃声音检测或上述各项的组合。

就像一扇开着门的房子一样，不受保护的GNSS接收器甚至很容易受到欺骗。另一方面，受保护的接收器可以通过查找信号异常或使用旨在防止欺骗的信号（例如Galileo OS-NMA和E6或GPS军事代码）来检测欺骗。 

先进的干扰缓解技术，例如Septentrio AIM +，使用信号处理算法通过检测信号中的各种异常来标记欺骗。例如，欺骗信号通常比真实的GNSS信号更强大。  

AIM +甚至不会被先进的GNSS信号发生器：思博伦GSS9000所欺骗。凭借现实的功率水平和信号中的实际导航数据，AIM +可以将其识别为“非真实”信号。

今天正在研究其他反欺骗技术，例如使用双极化天线，请在此处详细了解此方法。

 

卫星导航数据

各个国家通过直接在其GNSS卫星中建立安全性来投资于欺骗弹性。借助OS-NMA（开放服务导航消息），伽利略是个直接在民用GNSS信号上引入反欺骗服务的卫星系统。

OS-NMA是Galileo E1频率上的服务。它可以验证Galileo甚至GPS卫星上的导航数据。这样的导航数据携带有关卫星位置的信息，如果更改，将导致错误的接收机定位计算。虽然目前正在开发中，但OS-NMA计划在不久的将来公开提供。GPS还在通过其的Chimera身份验证系统为民用用户进行基于卫星的反欺骗实验。

 

图3欧洲伽利略卫星在E1信号上提供开放服务，在E6信号上提供商业服务。图片，由欧洲航天局提供。  

近，在由GSA领导的FANTASTIC项目的范围内，在Septentrio接收器上实施了OS-NMA防欺骗保护。

 

强屏蔽：信号级GNSS

伽利略系统将在E6信号上提供商业服务（CAS），为自动驾驶汽车等关键安全应用提供的安全性。信号级别加密将基于与军用GPS信号类似的技术。只有具有密钥的接收者才能跟踪这种加密信号。还需要密钥来生成信号，使其无法伪造。CAS技术目前正在与欧洲航天局合作在Septentrio进行原型设计。

 

具有防欺骗性的GNSS意味着可靠的定位和定时，并且让此必不可少的技术所吸引的每个人都可以放心使用。