ОБЗОР ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ И СПОСОБЫ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ ИМ

OVERVIEW SOFTWARE HARDWARE EFFECTS ON SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS AND METHODS COUNTER THEM

Yuriy Nefed’ev

assistant head of Department, Krasnodar higher military school,

Russia, Krasnodar

Igor Korolev

Doctor of Engineering, Professor, Professor of the computer-aided management system Faculty Krasnodar higher military school,

Russia, Krasnodar

АННОТАЦИЯ

В статье описаны атаки на системы спутниковой навигации, рассмотрены возможные методы противодействия таким атакам, предложены примерные контрмеры противодействия таким атакам.

ABSTRACT

This article describes the attack on the satellite navigation system, consider methods to counter such attacks, proposed the development strategy of countermeasures.

Ключевые слова: устройство навигации, ГЛОНАСС, GALILEO, GPS, программно-аппаратное воздействие.

Keywords: navigation device, GLONASS, GALILEO, GPS, software and hardware effects.

Современное общество невозможно представить без использования систем спутниковой навигации. Системы спутниковой навигации используются практически во всех сферах человеческой деятельности – от средств мобильной связи и до медицинской техники и высокоточного оружия. Вопросы защиты от внешних программно-аппаратных воздействий конечных навигационных приемников, становятся с каждым годом все более актуальными, так как растет число зависимых от них систем и случаев воздействия на них [3,8].

Объемы производства устройств спутниковой навигации растут из года в год.  Изначально системы навигации были разработаны и введены в действие, только в интересах Вооруженных Сил, хоть со временем появилась возможность применения их в гражданской сфере, в сигнал для гражданского применения, передаваемый спутником, умышленно вводилась погрешность вычислений для уменьшения точности определения местоположения. Сегодня имеются коммерческие системы навигации, которые изначально создавались для гражданского применения, как например GALILEO - Европейская система навигации [6]. Если системы ГЛОНАСС [1] и GPS [7] передают сигнал от спутника с помощью двух сигналов L1 - для гражданского применения и L2 - для военного применения с более точными показателями, что в свою очередь позволяет вычислить свое местоположение с меньшей погрешностью и защита данного сигнала от воздействия на него со стороны злоумышленника, на порядок выше гражданских сигналов систем навигации, то система GALILEO изначально предлагает сервисы доступные всем пользователям данной системы, с разными уровнями защиты и точности сигналов.

Между всеми сегментами системы навигации идет постоянный обмен данными. Управляющий сегмент отслеживает изменение положения спутников, анализирует данные орбиты, синхронизирует атомные часы. Пользовательский сегмент принимает сообщения от спутников, в которых содержится информация об орбитальных данных (эфемерид), ориентировочные данные для спутников (альманах), характеристика системы. Приемники получают данные, которые позволяют им путем математических вычислений определить точное местонахождение.

В свою очередь подмена или изменение передаваемой информации на приемники, может привести к большой погрешности в вычислении реального местоположения. Данные исследования в области воздействия на навигационный сигнал были проведены экспертами компании eScan. Полученные сведения в ходе исследований говорят о том, что на данный момент почти все приемники навигационного сигнала подвержены атакам и вопросы противодействия им становятся с каждым годом все более актуальны [3,5].

Для успешной реализации противодействия программно-аппаратным воздействиям на системы навигации и взаимодействующие системы, рассмотрим уже успешно применяемые контрмеры, а также не реализованные в настоящее время.

Устройство приема сигналов являются первым в системе навигации, что требует защиты от воздействий противника. Одним из недостатков систем глобального позиционирования является то, что они не могут проверять правильность получаемых данных. То есть получаемый сигнал может быть уже изменен, а приемник сигнала будет показывать ложное местоположение. Данные исследования были проведены в рамках экспериментов [4]. Некоторые воздействия на сигнал могут быть обнаружены и процесс распознавания данных воздействий, как например GPS Spoofing или же блокирование сигнала спутника не требует больших программных изменений в устройстве приемника. Используя простые алгоритмы, приемники навигационного сигнала могут измерять множество параметров получаемых от спутника. Нелинейные искажения характеристик сигнала могут быть измерены менее чем за одну секунду. Обработка и вывод полученных данных должна завершаться выводом о том, что отличаются ли параметры сигнала от ранее получаемых или нет. Мы можем не знать, какому воздействию был подвержен получаемый сигнал, но будем оповещены о воздействии – конечный пользователь сам будет принимать решение о дальнейшем использовании навигационного оборудования.

В гражданском обществе, верховенство закона может защитить общие и частные интересы при использовании систем навигации. Использование «навигационных глушилок» в настоящее время находит свое применение в противозаконных действиях граждан. Установленные бортовые системы навигации автомобилей успешно подавляются такими средствами, что в свою очередь делает возможным беспрепятственный уход от поиска автомобиля по навигационному сигналу. Законодательно данный вид преступления, подавление навигационного сигнала или сам факт использования такого устройства, не имеет отражения в Уголовном кодексе Российской Федерации [2]. Ведь применение устройств, которые имеют навигационное оборудование растет, а вслед за этим увеличивается и количество правонарушений, в которых фигурирует навигационное оборудование. Законодательная база в свою очередь должна быть обновлена и дополнена статьями, которые раскрывают вопросы противозаконного применения устройств воздействующих на навигационное оборудование и степень ответственности лиц, за данное правонарушение.

Навигационные системы в гражданской и военных сферах применения отличаются не только по сигналу передаваемому от спутников, но и по массогабаритным характеристикам самих приемников.

Перечень воздействий на системы навигационного оборудования очень велик, но можно выделить два наиболее часто используемых вида атак на приемник, блокирование сигнала и подмену (spoofing).

Если с блокированием сигнала все понятно, системы подавления сигнала применяются как в военной сфере, так и в гражданской, то понятие (спуфинг), достаточно ново. Принцип данного воздействия можно представить следующим образом. Для проведения атаки, злоумышленник транслирует поддельный навигационный сигнал со схожими характеристиками, но с более высоким уровнем, чем истинный. Приемник  автоматически отдает приоритет сигналам с лучшим качеством приема, таким образом, злоумышленник перехватывает управление над приемником навигационного сигнала и устройством, в котором он установлен. На основе передаваемого ложного сигнала приемник вычисляет ошибочные координаты своего местоположения. Изменение местоположения происходит постепенно, чтобы устройство не включило режим блокировки и злоумышленник в этот момент не стал лишь передатчиком помех. Получив контроль над устройством, злоумышленник может использовать его в своих интересах.

Одним из отличий военных и гражданских сигналов спутника, является отсутствие возможности проверки подлинности сигнала. Если военный сигнал имеет определенную криптографическую стойкость, то гражданский сигнал не защищен таким образом [4]. Вопрос проверки подлинности сигнала в гражданской сфере может быть решен применением электронной цифровой подписи в передаваемых сигналах. Передаваемый сигнал не будет зашифрован полностью как это происходит в военном сигнале, а в конце сообщения будет стоять уникальный идентификатор для данного устройства. Получив сообщение, приемник сигнала удостоверит принятую информацию и сигнализирует пользователю о том, что получаемые им сведения подлинны. Проверку подлинности информации передаваемой от спутника можно осуществлять и по другим характеристикам сигнала (интенсивность, мощность).

Сигнал, получаемый от спутника, имеет средний уровень мощности. Соответственно, если поступающий сигнал на приемник превышает некоторое верхнее значение мощности, то приемник должен сигнализировать о возможности подмены сигнала. Данные предустановки должны не просто записываться в программное обеспечение приемного устройства, но и иметь возможность обновлять средний показатель сигнала для своего региона применения. Большая детализация порогового значения мощности сигнала, а именно внесение в память приемника более точного значения мощности сигнала для конкретных координат местности позволит выявлять действия злоумышленника по подмене истинного сигнала навигационной системы. Резкое изменение среднего показателя мощности сигнала в сторону увеличения будет сигнализировать о попытке воздействия на сигнал. Данная контрмера может быть реализована в программном обеспечении устройства.

Сигналы, передаваемые злоумышленником, будут сгенерированы от каждого искусственного спутника с одинаковой силой. Так как имитация сигнала спутника будет производиться для всех спутников с одинакового расстояния, то и интенсивность сигналов будет тоже идентичной. Реальный спутниковый сигнал, изменяется от спутника к спутнику с течением времени.

Современные приемники спутникового сигнала имеют дисплей отображения спутников, от которых происходит прием сигнала, но нет мониторинга ранее принятой информации. Сравнение данных о спутниках, их характеристики, индивидуальные для каждого спутника, позволит выявить резкое изменение конфигурации спутников от которых принимается сигнал.

Таким образом разработка научно-методического аппарата защиты навигационных приемников от внешних программно-аппаратных воздействий является важной научно-практической задачей и требует дальнейшего развития.

Список литературы:

1. ГЛОНАСС: система ГЛОНАСС – [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.glonass-iac.ru/guide/ (Дата обращения – 28.10.2016).
2. КоАП РФ, Статья 13.4. Нарушение правил проектирования, строительства, установки, регистрации или эксплуатации радиоэлектронных средств и (или) высокочастотных устройств – [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34661/59ba04366b8ea6a803ea24089b0436df0f3edc41/ (Дата обращения – 28.10.2016).
3. Мухортов В.В., Королев И.Д., Шкуринский С.В. Защита систем спутниковой навигации от внешних программно-аппаратных воздействий // Инновации в науке: сб. ст. по матер. LV междунар. науч.-практ. конф. № 3(52). Часть II. – Новосибирск: СибАК, 2016. – С. 102-108.
4. Навигация 2.0: как обманывают GPS и восстанавливают истину: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.computerra.ru/79133/gps-spoofing/ (Дата обращения – 28.10.2016)
5. eScan: эксперименты по атакам на навигационные системы – [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.avescan.ru/company/media/akhillesova-pyata-sistemy-gps-11574.html (Дата обращения – 28.10.2016).
6. GALILEO: навигационная система – [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://galileo-nav.com/ (Дата обращения – 28.10.2016).
7. GPS: система GPS – [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://asc.army.mil/web/portfolio-item/navstar-global-positioning-system-gps/ (Дата обращения – 28.10.2016).
8. GPS: глушилки, спуфинг и уязвимости [Электронный ресурс]. – Режим доступа - http://security-corp.org/infosecurity/28967-gps-glushilki-spufing-i-uyazvimosti.html, свободный (дата обращения – 28.10.2016).