KVG晶振保護關(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)乎國計民生的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施運行,它的身影無處不在.無論是在繁華都市中穿梭的車輛,還是翱翔天際的飛機,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GPS定位導(dǎo)航晶振服務(wù),確保行程的順利與安全.在智能交通系統(tǒng)里,GNSS讓車輛實現(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提供的精確時間同步,保障了電網(wǎng)穩(wěn)定運行和通信網(wǎng)絡(luò)的暢通無阻.然而,隨著GNSS應(yīng)用范圍的不斷拓展,其安全問題也日益凸顯,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,如同一場精心策劃的"信號騙局",攻擊者通過專門設(shè)備發(fā)射與真實衛(wèi)星信號極為相似的偽造信號.這些偽造信號功率強大,覆蓋范圍廣泛,旨在誤導(dǎo)接收機,使其誤以為接收到的是真實的衛(wèi)星信號,從而計算出錯誤的位置和時間信息.而干擾則更為直接粗暴,攻擊者通過發(fā)射干擾信號,淹沒真實的衛(wèi)星信號,讓接收機無法正常工作,導(dǎo)致定位和導(dǎo)航功能的癱瘓.這些威脅帶來的后果是災(zāi)難性的.在交通運輸領(lǐng)域,若飛機,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GNSS進(jìn)行精確的時間同步,一旦信號被干擾,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實現(xiàn)時間同步,信號異常會使通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷,延遲等問題,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型
欺騙攻擊原理及手段
GNSS欺騙攻擊是一場精心策劃的信號"騙局",攻擊者憑借專門設(shè)備,制造出與真實衛(wèi)星信號極為相似的偽造信號.這些偽造信號的功率通常較強,覆蓋范圍廣泛,目的就是要讓接收機"信以為真",將其當(dāng)作真正的衛(wèi)星信號來接收.為了達(dá)到這一目的,攻擊者還會采取一系列手段.比如在信號干擾與覆蓋方面,在實施欺騙前,攻擊者可能會先發(fā)射干擾信號,讓接收機無法正常接收真實衛(wèi)星信號,待接收機被干擾得"暈頭轉(zhuǎn)向"時,再趁機發(fā)射偽造信號,占據(jù)通信頻譜,實現(xiàn)欺騙.在信號同步與控制上,攻擊者會仔細(xì)同步偽造信號的時序和頻率,使其與真實信號在時間和頻率上保持一致,讓接收機難以察覺其中的貓膩,從而誘導(dǎo)接收機接受虛假信息,基于這些偽造信號計算出錯誤的位置和時間信息.在實際操作中,攻擊者主要采用兩種常見手段來實現(xiàn)欺騙攻擊.一種是轉(zhuǎn)播記錄信號,也叫"測量重放".攻擊者事先在某個地點記錄下真實的GNSS信號,然后在另一個時間和地點,將這些記錄的信號重新發(fā)射出去.比如,攻擊者在A地記錄了衛(wèi)星信號,之后在B地將這些信號發(fā)射給B地的接收機,接收機就會誤以為自己處于A地,從而計算出錯誤的位置.另一種手段是生成修改信號,攻擊者通過破解衛(wèi)星信號的生成方式,自主產(chǎn)生與真實信號結(jié)構(gòu)相同的干擾信號,并對信號中的定位信息進(jìn)行修改.他們可以改變信號中攜帶的衛(wèi)星軌道參數(shù),時間戳等關(guān)鍵信息,使得接收機根據(jù)這些虛假信號計算出的位置和時間與實際情況相差甚遠(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GNSS系統(tǒng)的危害也更大.
干擾類型及影響
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)分為多種類型,從頻率覆蓋范圍來看,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,它只針對特定的頻段進(jìn)行干擾,精準(zhǔn)打擊GNSS信號中的某一部分頻率,使得接收機在該頻段上無法正常接收信號.而寬帶干擾,也被稱為阻塞式干擾,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,讓接收機在整個工作頻段內(nèi)都難以正常工作.從干擾作用時間來劃分,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,干擾信號不間斷地發(fā)射,長時間作用于接收機,使接收機一直處于被干擾的狀態(tài),無法穩(wěn)定地接收衛(wèi)星信號.脈沖干擾則像是一陣一陣的脈沖波,干擾信號以脈沖的形式間歇性發(fā)射.雖然每次脈沖持續(xù)時間較短,但由于其能量集中,瞬間功率較大,也能對接收機造成嚴(yán)重影響,使接收機在脈沖干擾期間無法正常工作,導(dǎo)致定位和導(dǎo)航功能出現(xiàn)中斷或錯誤.這些壓制式干擾對GNSS接收機的正常工作產(chǎn)生了極大的影響.當(dāng)干擾信號強度超過衛(wèi)星信號一定程度時,接收機就會被干擾信號"淹沒",無法從嘈雜的信號環(huán)境中分辨出真實的衛(wèi)星信號,從而導(dǎo)致定位精度大幅下降,甚至完全失去定位能力.在一些對定位精度要求極高的應(yīng)用場景中,如自動駕駛,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.對于依賴GNSS進(jìn)行時間同步的系統(tǒng),干擾還會導(dǎo)致時間同步出現(xiàn)偏差,進(jìn)而影響整個系統(tǒng)的正常運行,像無線通信模塊應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包傳輸可能會因為時間同步問題而出現(xiàn)延遲,丟包等情況,電力系統(tǒng)的調(diào)度也可能因時間偏差而出現(xiàn)混亂,引發(fā)大面積停電事故.