Как джамминг и спуфинг GPS мешают мирному населению

Давно известно, что сигнал GPS подвержен джаммингу (глушению) и спуфингу (подделке). Орбита спутников находится на высоте 20 180 км, так что сигнал на Земле легко заглушить. Но вот спуфинг считали слишком сложным и дорогостоящим.

Сейчас всё изменилось. В наше время энтузиаст-любитель с парой сотней долларов и инструкциями на Github ^[3] может подделать сигнал GPS. Правительства тоже стали активно искажать сигналы систем навигации в рамках электронных войн. Спуфинг перешёл из теоретических научных статей в реальную жизнь.

К сожалению, помехи GPS распространяются далеко за пределы зон военных конфликтов, что влияет на повседневную жизнь простых людей в Москве и Санкт-Петербурге, Латвии, Эстонии, Финляндии, Беларуси, Турции и др. (на КДПВ).

Автомобилисты на территории РФ часто жалуются на проблемы в работе спутниковых систем навигации (GNSS), в том числе автомобильных навигаторов. На самом деле проблемы наблюдаются не только в РФ, но и в других странах. Помех в эфире всё больше, а джамминг и спуфинг становится обычным делом.

▍ Проблемы гражданской авиации

Согласно данным регуляторов безопасности ЕС ^[4], электронные войны Ближнего Востока и Украины влияют на воздушное сообщение вдали от полей сражений. Наиболее пострадавшие регионы включают в себя небо над Чёрным морем от Турции до Азербайджана, Средиземное море от Кипра до Ливии, Балтийское море в районе Польши и Латвии, Арктику в районе Финляндии и Норвегии:

«Нынешняя ситуация обнажила непредвиденные последствия тактики [джамминга и спуфинга GPS]. По мнению экспертов, в будущем ситуация станет только хуже. Самолёты теряют спутниковый сигнал, перенаправляются по другому курсу. Пилоты получают ложные сообщения о местоположении или ложные предупреждения о приближении земли».

В 2022−2023 годах в регионе Восточной Европы и на Ближнем Востоке резко выросло ^[5] использование средств радиоэлектронной борьбы. Мощные глушилки устанавливаются повсеместно.

Кроме того, на вооружении армии есть несколько моделей передвижных глушилок ^[6] типа R-330BMV:

К сожалению, это искажает спутниковый сигнал за сотни километров (до 300 км) от места боевых действий. По данным организации Opsgroup ^[7], отслеживающей риски в авиационной отрасли, системы самолётов «оказались практически неспособны обнаружить спуфинг GPS и скорректировать его». В сентябре 2023 года один из рейсов Embraer в Дубай едва не вошёл в воздушное пространство Ирана, прежде чем пилоты поняли, что самолёт следует ложному сигналу GPS.

По словам пилотов, обычно самолёты безопасно летают без спутникового сигнала, а у крупных коммерческих моделей не менее шести альтернативных навигационных систем. Бизнес-джеты вроде Dassault Falcon, Gulfstream и Bombardier более восприимчивы к спуфингу (подмене) сигнала, заявило Агентство авиационной безопасности Европейского союза.

Анализ данных Flightradar24 об интеграционной целостности GNSS (доля самолётов, которые сообщали о помехах), источник ^[8]

Подробнее по некоторым городам:

Примеры конкретных авиарейсов ^[8], которые подверглись спуфингу GPS-координат:

Джамминг и спуфинг GPS применяется на государственном уровне. Например, в октябре 2023 года Израиль официально заявил ^[9] об ограничении работы GPS в регионе, и предупредил пилотов, чтобы они не полагались на спутниковые навигационные системы при посадке. В 2019 году аналитическая группа C4ADS задокументировала ^[10] спуфинг GPS на терриитории Сирии. В их отчёте также упоминается практика GPS-спуфинга при сопровождении высокопоставленных лиц на территории Крыма.

Помехи (джамминг) — обычное дело в зонах конфликтов. А вот подмена сигнала до недавнего времени была редкостью. Рост интенсивности и изощрённости радиопомех поражает воображение. Airbus в 2022 году она зафиксировала почти 50 тыс. случаев помех на своих самолётах, что в четыре с лишним раза больше, чем годом ранее ^[11]:

Это на фоне более чем 20-кратного роста числа радиопомех с 2017 по 2018 год, зафиксированного системой Евроконтроля ^[12], с последующим спадом:

На Ближнем Востоке спуфинг широко распространён ^[13]: ложный сигнал сообщает пилотам, что их самолёт находится прямо над аэропортом в Тель-Авиве, в то время как он далеко от него. Компания Opsgroup сообщает о 50-ти подобных случаях ^[14].

В некоторых случаях бортовое оборудование показывало, что самолёты приближаются к аэропортам в Багдаде, Каире или Бейруте ^[15], хотя это было не так. Эти инциденты от сентября 2023 года показаны на карте:

Оборудование для джамминга и спуфинга GPS сейчас общедоступно. Его используют водители грузовиков, желающие дольше поработать и больше заработать, жулики в Pokémon Go и даже автоугонщики, которые выводят из строя навигационную систему автомобиля. Все они создают непреднамеренные помехи в эфире.

Если с глушилками можно справиться, то от спуфинга не защищён никто. Даже европейская навигационная спутниковая система Galileo с системой аутентификации не может защитить от одного из самых видов спуфинга, известного как meaconing ^[16], когда злоумышленник записывает спутниковый сигнал, а затем ретранслирует его с усилением или задержкой.

Эти проблемы распространяются по всему миру. Даже в США гражданская авиация страдает от помех или потери GPS-сигнала ^[17] из-за военных учений местной армии. Например, за шесть месяцев 2017 года зарегистрировано 173 таких инцидента. При том, что в США глушилки GPS вне закона ^[18], в отличие от РФ (см. ниже).

▍ Отслеживание помех

Есть несколько сайтов, которые производят глобальный мониторинг помех GPS. Например, сервис GPSJam ^[19] (запущен в июле 2022 года) обрабатывает информацию о сигналах ADS-B ^[20] с самолётов. Частью ADS-B являются данные о силе сигнала GNSS на самолёте. Но это не даёт сведений о глушении на других частотах и о слабых глушилках, так что «зелёные» области на картах GPSJam вовсе не свободны от радиопомех.

Джамминг GPS также можно детектировать со спутника, такого как HawkEye 360 ^[21], и он как раз отметил сильное увеличение количества помех в 2022 году, так же как и другой сервис спутникового мониторинга Aurora Insight ^[22] (спутник Charlie).

▍ Геомагнитная навигация и другие альтернативы

В июне 2024 года компания SandboxAQ ^[23] (CEO Эрик Шмидт, бывший гендиректор Google) представила ^[24] навигационную систему AQNav ^[25], которую разрабатывала последние полтора года по контракту Direct-to-Phase-II Small Business Innovation Research ^[26] от ВВС США. Система использует алгоритмы ИИ, квантовые сенсоры и магнитное поле земной коры для обеспечения геомагнитной (геофизической) навигации в реальном времени в отсутствие сигнала GPS.

Ключевой элемент AQNav — чувствительные квантовые магнитометры, которые и регистрируют характеристики магнитного поля. ИИ-алгоритмы сопоставляют рисунки земной коры с известными магнитными картами, что позволяет AQNav точно и быстро определять своё положение.

ИИ-алгоритмы используются для повышения соотношения сигнал/шум, что позволяет исключить механические, электрические или другие помехи, которые могут повлиять на способность системы точно определять местоположение. Это защищает AQNav от джамминга и спуфинга, считают в компании.

По состоянию на июнь AQNav испытывается на четырёх различных типах самолётов, сделано более 40 установок и зарегистрировано более 200 часов лётных испытаний, включая испытания ВВС, Boeing и Airbus Acubed ^[27].

Вероятно, подавить такую систему будет значительно труднее, чем GPS. Кроме того, её можно использовать под водой, куда не доходит сигнал со спутника.

Кроме геомагнитной, есть несколько разработок по атомным навигаторам ^[28], где в качестве акселерометров используются атомы. А в лондонском метро в этом году начали тестировать первый в мире квантовый акселерометр ^[29]:

В стальном шкафу находится контейнер с несколькими миллиардами атомов рубидия и лазерная система, чтобы охладить установку до околонулевой по Кельвину температуры:

Российская компания Cognitive Pilot разработала ^[30] систему навигации для трамваев Cognitive Navigation, способную игнорировать глушилки GPS-сигналов:

«Система навигации использует гироскоп для ориентации трамвая в пространстве, одометрический датчик, измеряющий пройденное расстояние через угол поворота колёс, а также схемы рельсовых путей».

В конце концов, можно вернуться к бумажным картам, они всегда будут работать как положено. К примеру, вот наручный свиток-навигатор Plus Four Wristlet Route Indicator ^[31] образца 1927 года:

▍ Массовый спрос на глушилки в РФ

Удивительно, но в РФ до сих пор можно свободно купить и использовать глушилку GPS, которая позиционируется как средство противодействия БПЛА. Сегодня вообще нет документов, регламентирующих использование глушилок GPS для широкого круга пользователей.

Только в конце июля Государственная комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) рассмотрела проект решения ^[32], который запрещает свободную продажу глушилок, а требует получения разрешения на покупку.

В документе речь идёт о радиоблокираторах, работающих в полосах 1164–1300 МГц и 1559–1610 МГц, с мощностью, которая обеспечивает подавление на дистанциях свыше нескольких десятков и сотен метров:

«В нижнем диапазоне работают системы радионавигации, используемые военными и гражданскими самолётами, в верхнем — системы спутниковой навигации: американская GPS, российская ГЛОНАСС, китайская Beidou…

В диапазоне 1559–1610 МГц работают все мировые навигационные системы, которые в том числе используют беспилотные летательные аппараты и средства их подавления, отметил партнёр ComNews Research Леонид Коник.

«Эти средства продаются в интернете. Например, устройство ЛПД-801, способное подавить сигнал любой навигационной системы, а также систем управления беспилотниками в полосах 2,4 ГГц или 5,8 ГГц, можно купить за 900–970 тыс. рублей, а схожий «Дрон-1200» — за 160–170 тыс.», — приводит он примеры.

Люди и бизнес на фоне новостей о сбитых над российской территорией беспилотниках стали массово скупать такие устройства, отметил Леонид Коник. Не имея технической квалификации, они способны принести вред другим пользователям радиочастотного спектра — от аэропортов до спецслужб, полагает эксперт.

▍ Выводы

Таким образом, одной из причин массовых сбоев в работе GPS и других навигационных систем можно назвать массовое применение средств РЭБ в рамках электронных войн на государственном уровне, а также самими гражданами. От этого страдает население в окружающих регионах, где трудно пользоваться даже обычным GPS-навигатором. Спуфинг GPS также повышает риски в гражданской авиации.

По мнению экспертов, спуфинг выявил фундаментальный недостаток в авиационной электронике, которая основана на идее, что сигналам GPS можно доверять и они не нуждаются в проверке. Практика показывает, что это далеко от реальности. Что бы ни показывал спутниковый сигнал, доверять ему нельзя.

К счастью, технологии не стоят на месте и уже идёт работа над альтернативными способами навигации. Например, геомагнитная навигация ориентируется по магнитному полю земной коры, которое подменить будет гораздо сложнее, чем сигнал со спутника.