KVG晶振保護(hù)關(guān)鍵系統(tǒng)免受GNSS欺騙攻擊和干擾
在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)已然成為現(xiàn)代生活不可或缺的關(guān)鍵部分,從日常出行的導(dǎo)航應(yīng)用,到關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行,它的身影無(wú)處不在.無(wú)論是在繁華都市中穿梭的車(chē)輛,還是翱翔天際的飛機(jī),亦或是在浩瀚海洋里破浪前行的船只,GNSS都為它們提供著精確的定位與導(dǎo)航服務(wù),確保行程的順利與安全.在智能交通系統(tǒng)里,GNSS讓車(chē)輛實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)導(dǎo)航,優(yōu)化出行路線,緩解交通擁堵,在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,它助力精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)智能化耕種與管理,提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量,在電力,通信等基礎(chǔ)設(shè)施方面,GNSS提供的精確時(shí)間同步,保障了電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和通信網(wǎng)絡(luò)的暢通無(wú)阻.然而,隨著GNSS應(yīng)用范圍的不斷拓展,其安全問(wèn)題也日益凸顯,欺騙攻擊和干擾已成為高懸于關(guān)鍵系統(tǒng)之上的達(dá)摩克利斯之劍.欺騙攻擊,如同一場(chǎng)精心策劃的"信號(hào)騙局",攻擊者通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)備發(fā)射與真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)極為相似的偽造信號(hào).這些偽造信號(hào)功率強(qiáng)大,覆蓋范圍廣泛,旨在誤導(dǎo)接收機(jī),使其誤以為接收到的是真實(shí)的衛(wèi)星信號(hào),從而計(jì)算出錯(cuò)誤的位置和時(shí)間信息.而干擾則更為直接粗暴,攻擊者通過(guò)發(fā)射干擾信號(hào),淹沒(méi)真實(shí)的衛(wèi)星信號(hào),讓接收機(jī)無(wú)法正常工作,導(dǎo)致定位和導(dǎo)航功能的癱瘓.
這些威脅帶來(lái)的后果是災(zāi)難性的.在交通運(yùn)輸領(lǐng)域,若飛機(jī),船舶的導(dǎo)航系統(tǒng)遭受欺騙攻擊或干擾,極有可能偏離預(yù)定航線,引發(fā)嚴(yán)重的交通事故,威脅乘客生命安全,在能源行業(yè),電網(wǎng)依賴(lài)GNSS進(jìn)行精確的時(shí)間同步,一旦信號(hào)被干擾,可能導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)度混亂,引發(fā)大面積停電事故,在通信領(lǐng)域,通信基站依靠GNSS實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步,信號(hào)異常會(huì)使通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷,延遲等問(wèn)題,影響人們的日常通信和信息傳遞.
深入剖析:GNSS欺騙攻擊與干擾的原理和類(lèi)型
（一）欺騙攻擊原理及手段
GNSS欺騙攻擊是一場(chǎng)精心策劃的信號(hào)"騙局",攻擊者憑借專(zhuān)門(mén)設(shè)備,制造出與真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)極為相似的偽造信號(hào).這些偽造信號(hào)的功率通常較強(qiáng),覆蓋范圍廣泛,目的就是要讓接收機(jī)"信以為真",將其當(dāng)作真正的衛(wèi)星信號(hào)來(lái)接收.為了達(dá)到這一目的,攻擊者還會(huì)采取一系列手段.比如在信號(hào)干擾與覆蓋方面,在實(shí)施欺騙前,攻擊者可能會(huì)先發(fā)射干擾信號(hào),讓接收機(jī)無(wú)法正常接收真實(shí)衛(wèi)星信號(hào),待接收機(jī)被干擾得"暈頭轉(zhuǎn)向"時(shí),再趁機(jī)發(fā)射偽造信號(hào),占據(jù)通信頻譜,實(shí)現(xiàn)欺騙.在信號(hào)同步與控制上,攻擊者會(huì)仔細(xì)同步偽造信號(hào)的時(shí)序和頻率,使其與真實(shí)信號(hào)在時(shí)間和頻率上保持一致,讓接收機(jī)難以察覺(jué)其中的貓膩,從而誘導(dǎo)接收機(jī)接受虛假信息,基于這些偽造信號(hào)計(jì)算出錯(cuò)誤的位置和時(shí)間信息.在實(shí)際操作中,攻擊者主要采用兩種常見(jiàn)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)欺騙攻擊.一種是轉(zhuǎn)播記錄信號(hào),也叫"測(cè)量重放".攻擊者事先在某個(gè)地點(diǎn)記錄下真實(shí)的GNSS信號(hào),然后在另一個(gè)時(shí)間和地點(diǎn),將這些記錄的信號(hào)重新發(fā)射出去.比如,攻擊者在A地記錄了衛(wèi)星信號(hào),之后在B地將這些信號(hào)發(fā)射給B地的接收機(jī),接收機(jī)就會(huì)誤以為自己處于A地,從而計(jì)算出錯(cuò)誤的位置.另一種手段是生成修改信號(hào),攻擊者通過(guò)破解衛(wèi)星信號(hào)的生成方式,自主產(chǎn)生與真實(shí)信號(hào)結(jié)構(gòu)相同的干擾信號(hào),并對(duì)信號(hào)中的定位信息進(jìn)行修改.他們可以改變信號(hào)中攜帶的衛(wèi)星軌道參數(shù),時(shí)間戳等關(guān)鍵信息,使得接收機(jī)根據(jù)這些虛假信號(hào)計(jì)算出的位置和時(shí)間與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn).這種方式技術(shù)難度較大,但欺騙效果往往更具迷惑性,對(duì)GNSS系統(tǒng)的危害也更大.
（二）干擾類(lèi)型及影響
GNSS干擾主要分為壓制式干擾和欺騙式干擾,這里先著重講講壓制式干擾.壓制式干擾又細(xì)分為多種類(lèi)型,從頻率覆蓋范圍來(lái)看,有窄帶干擾和寬帶干擾.窄帶干擾,也叫瞄準(zhǔn)式干擾,就像狙擊手瞄準(zhǔn)目標(biāo)一樣,它只針對(duì)特定的頻段進(jìn)行干擾,精準(zhǔn)打擊GNSS信號(hào)中的某一部分頻率,使得接收機(jī)在該頻段上無(wú)法正常接收信號(hào).而寬帶干擾,也被稱(chēng)為阻塞式干擾,它的干擾范圍更廣,如同大面積的轟炸,幾乎覆蓋了所有GNSS導(dǎo)航頻率,讓接收機(jī)在整個(gè)工作頻段內(nèi)都難以正常工作.從干擾作用時(shí)間來(lái)劃分,有連續(xù)干擾和脈沖干擾.連續(xù)干擾就像持續(xù)不斷的水流,干擾信號(hào)不間斷地發(fā)射,長(zhǎng)時(shí)間作用于接收機(jī),使接收機(jī)一直處于被干擾的狀態(tài),無(wú)法穩(wěn)定地接收衛(wèi)星信號(hào).脈沖干擾則像是一陣一陣的脈沖波,干擾信號(hào)以脈沖的形式間歇性發(fā)射.雖然每次脈沖持續(xù)時(shí)間較短,但由于其能量集中,瞬間功率較大,也能對(duì)接收機(jī)造成嚴(yán)重影響,使接收機(jī)在脈沖干擾期間無(wú)法正常工作,導(dǎo)致定位和導(dǎo)航功能出現(xiàn)中斷或錯(cuò)誤.這些壓制式干擾對(duì)GNSS接收機(jī)的正常工作產(chǎn)生了極大的影響.當(dāng)干擾信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)衛(wèi)星信號(hào)一定程度時(shí),接收機(jī)就會(huì)被干擾信號(hào)"淹沒(méi)",無(wú)法從嘈雜的信號(hào)環(huán)境中分辨出真實(shí)的衛(wèi)星信號(hào),從而導(dǎo)致定位精度大幅下降,甚至完全失去定位能力.在一些對(duì)定位精度要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景中,如自動(dòng)駕駛,航空航天等領(lǐng)域,哪怕是微小的定位偏差都可能引發(fā)嚴(yán)重的后果.對(duì)于依賴(lài)GNSS進(jìn)行時(shí)間同步的系統(tǒng),干擾還會(huì)導(dǎo)致時(shí)間同步出現(xiàn)偏差,進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行,像通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包傳輸可能會(huì)因?yàn)闀r(shí)間同步問(wèn)題而出現(xiàn)延遲,丟包等情況,電力系統(tǒng)的調(diào)度也可能因時(shí)間偏差而出現(xiàn)混亂,引發(fā)大面積停電事故.