Можно ли защититься от атак на GPS?

Вы ведете свой автомобиль через центр города, бросаете взгляд на экран навигационного приложения и неожиданно понимаете, что навигатор «видит» вас за городом, поблизости от аэропорта. Неприятно? О да! Что еще неприятнее — это не фантастика, а реальный пример использования технологии GPS spoofing, то есть подмены GPS-координат при помощи трансляции с земли более сильного фальшивого GPS-сигнала, который заглушает собой спутниковый.

Кто и зачем этим занимается, точно неизвестно, но практических применений этому трюку придумано множество — от угона дронов до внесения помех в навигацию яхт и танкеров. Из свежих и хороших новостей могу добавить только одно: стали появляться защитные решения от этого типа атак.

Основные факты о том, что такое GPS spoofing, зачем он нужен и как от него можно защититься, для тех, кому некогда читать пост целиком:

• GPS spoofing или подделка GPS — это трансляция с земли фальшивого GPS-сигнала. Все навигаторы вокруг начинают показывать неправильное местоположение.
• С помощью GPS spoofing можно угонять беспилотные летательные аппараты и автомобили или сбивать с толку дроны, таксистов и моряков.
• Программы и оборудование для спуфинга GPS довольно доступны — все необходимое обойдется в несколько сотен долларов.
• Защита уже разрабатывается, но в основном предназначена для крупного GPS-оборудования, например корабельной навигации.
• Самая простая защита смартфона, хотя и с неудобствами, — переключить смартфон в режим «экономичной геолокации», когда положение определяется только по сотовым вышкам и Wi-Fi точкам, а GPS отключен (этот режим доступен не во всех устройствах).

А теперь подробнее для тех, кому интересно разобраться в деталях.

Как работает GPS spoofing

Чтобы понять, почему вообще возможна подделка GPS, нужно немного вспомнить, как работает такая удобная и повсеместно доступная «спутниковая навигация». Над Землей на геостационарной орбите подвешено несколько группировок спутников — американская GPS, европейская Galileo, российская ГЛОНАСС, китайская BeiDou.

Каждый из этих спутников постоянно передает радиосигнал, содержащий код спутника и сверхточное время передачи сигнала. Ваш телефон или любой другой навигатор ничего никуда не передает, а просто принимает эти радиосигналы от спутника. Анализируя точное время приема каждого сигнала, можно высчитать расстояние от GPS-приемника до каждого из спутников.

Немного математики, и, сопоставив несколько подобных сигналов (минимум три, но лучше больше), можно узнать точное расположение приемника относительно спутников. А поскольку координаты спутников известны и неизменны, это позволяет установить местоположение GPS-приемника на поверхности нашей планеты.

Проблема в том, что сигналы от спутников доходят до земли ослабленными, а антенны у большинства приемников не особо чувствительные. Поэтому, поставив поблизости даже умеренно мощный радиопередатчик и транслируя с него фальшивый, но технически корректный GPS-сигнал, можно легко заглушить спутники и вынудить все GPS-приемники в округе определять неправильные координаты.

При этом приемники не имеют технических средств, чтобы определить направление сигнала, поэтому им невдомек, что сигнал пришел совсем из другого места. К сожалению, оборудование для трансляции «хакерского» сигнала GPS стоит очень недорого — всего 300 долларов, а необходимые программы вообще бесплатны, поэтому подобные трюки могут проделывать не только военные со спецслужбами, а практически любой желающий.

Штефан Герлинг рассказывает о самодельном оборудовании для спуфинга GPS на Security Analyst Summit

Кому и зачем может понадобиться подделка GPS?

Известные случаи взлома GPS-систем относятся к исследовательским проектам (угон яхт — как вам такое исследование?), браконьерству, а также, вероятно, военным операциям. По мере развития автономных систем, таких как дроны и беспилотные автомобили, этот список несомненно будет расширяться. В прессе уже упоминались случаи угона военных беспилотников, и что-то подсказывает, что с гражданскими дронами ситуация вряд ли будет лучше.

Как защититься от подделки GPS

Хотя проблема не слишком нова и о ней говорят уже несколько лет, в разработке мер защиты есть большое препятствие: ключевое оборудование запущено в космос, и заменить его в разумные сроки невозможно. GPS-спутники излучают то, что излучают, и добавить к этому сигналу традиционные для Интернета средства защиты, такие как шифрование и сертификаты, никто не может. Пока меры защиты носят скорее экспериментальный характер и недоступны для широкомасштабного применения.

Один подход, который кроме защиты от подделки также обеспечит более устойчивый прием навигационных сигналов, основан на использовании многоантенных конфигураций приемника (2х2) и технологии формирования луча (beamforming). Эта комбинация не только отсеивает помехи и интерференции, но и позволяет определить направление, откуда пришел сигнал.

При таком подходе отличить подделку от настоящего спутникового сигнала будет легче. Пока подобные установки для GPS существуют только в виде относительно крупных экспериментальных образцов, но их можно в будущем внедрить и в более компактное оборудование. Это будет не так сложно и дорого, как кажется, поскольку сходные технологии используются в сотовых сетях 4G и 5G.

Другой подход, доступный в виде коммерческого решения уже сегодня, но приемлемый только для достаточно крупных GPS-приемников (например, на морских судах), — это так называемый GPS-файрвол. Этот прибор устанавливается между GPS-приемником и его внешней антенной. Он постоянно анализирует сигнал GPS по какому-то набору правил и призван отсекать фальшивые сигналы, допуская до приемника только достоверный сигнал.

В будущем, возможно, производители телефонных чипов смогут встроить что-то вроде GPS-файрвола прямо в основную функциональность навигационного ресивера смартфона, но до этого нам еще несколько лет — сначала должны произойти несколько громких угонов, которые создадут вокруг проблемы необходимый ажиотаж, а значит, и рыночный спрос.

Ну а пока — если вы в какой-то момент обнаружите, что навигационное приложение смартфона или планшета упорно считает, что вы находитесь в аэропорту, хотя на самом деле вы в центре города, можно использовать лайфхак. Переключите геолокацию смартфона в «экономичный» режим, в котором собственно GPS не используется, а координаты определяются на основе сетей Wi-Fi и базовых станций сотовой сети. Точность у такой геолокации невысокая, но все лучше, чем ничего. В iOS это режим, к сожалению, недоступен, а в Android его обычно можно активировать в Настройки → Местоположение и защита → Местоположение → Режим → По координатам сети.

Активация «экономичного» режиме геолокации в Android 8