GNSS spoofing

Spoofing GNSS (ang. GNSS spoofing) – atak na globalne systemy nawigacji satelitarnej (GNSS) polegający na nadawaniu fałszywych sygnałów satelitarnych w celu oszukania odbiornika co do jego pozycji, prędkości lub czasu^[1]. Fałszywe sygnały mogą być generowane od podstaw lub stanowić retransmisję oryginalnych sygnałów przechwyconych w innym miejscu lub czasie^[2]. Spreparowane sygnały są trudne do odróżnienia od prawidłowych, co utrudnia wykrycie ataku^[3]. Jedna z powszechnych form ataku, określana mianem carry-off attack, rozpoczyna się od nadawania sygnałów zsynchronizowanych z autentycznymi; ich moc jest następnie stopniowo zwiększana, aż odbiornik zacznie śledzić fałszywy sygnał zamiast prawdziwego^[2].

W polskich źródłach naukowych, branżowych i instytucjonalnych zjawisko określane po angielsku jako GNSS spoofing najczęściej opisywane jest jako fałszowanie sygnału GNSS lub krócej fałszowanie GNSS^[4][5]. W piśmiennictwie technicznym spotykana jest nieprzetłumaczona forma spoofing GNSS, a w objaśnieniach samego terminu pojawia się wskazanie, że spoofing oznacza dosłownie „podszywanie się”^[6]. W komunikacji popularnonaukowej i branżowej występują też bardziej opisowe sformułowania, takie jak podszywanie się pod GNSS lub podszywanie się pod sygnał GNSS^[7][8]. Określenia typu manipulowanie sygnałami GNSS mają natomiast w polskiej literaturze znaczenie szersze i obejmują nie tylko spoofing, ale także m.in. meaconing i jamming^[5]. Meaconing stanowi szczególny przypadek ataku na systemy nawigacyjne, polegający na przechwyceniu rzeczywistych sygnałów GNSS i ich retransmisji z opóźnieniem lub z innego miejsca. Różni się od spoofingu generatywnego tym, że nie wymaga syntezy całkowicie nowych sygnałów satelitarnych, lecz wykorzystuje sygnały autentyczne, zmieniając ich kontekst czasowy lub przestrzenny^[5].

Bariera techniczna przeprowadzenia ataku spoofingowego znacząco obniżyła się dzięki rozwojowi radia programowalnego (SDR). Niskokosztowy nadajnik SDR (ok. 300 USD) w połączeniu z ogólnodostępnym oprogramowaniem open source pozwala wygenerować fałszywe sygnały GPS L1 wystarczające do przejęcia kontroli nad odbiornikami konsumenckimi i niskobudżetowymi dronami^[9][10]. Odbiorniki profesjonalne, wyposażone w mechanizmy detekcji spoofingu, pozostają odporniejsze na tego typu ataki^[1].

Spoofing różni się od zagłuszania (jamming). Zagłuszanie polega na podnoszeniu poziomu szumów w paśmie GNSS, co uniemożliwia odbiornikowi śledzenie satelitów i ustalenie pozycji. Spoofing jest techniką bardziej wyrafinowaną: zamiast blokować sygnał, podstawia fałszywe dane, przez co odbiornik oblicza błędną pozycję lub czas. W praktyce obie techniki bywają stosowane jednocześnie^[1][2].

W Polsce Urząd Komunikacji Elektronicznej uznaje urządzenia służące do zakłócania sygnałów GNSS za niespełniające wymagań prawa komunikacji elektronicznej i zakazuje ich wprowadzania na rynek oraz używania^[11].

Podatność systemów GNSS wynika z bardzo niskiej mocy sygnałów satelitarnych docierających do powierzchni Ziemi (ok. −130 dBm), co sprawia, że nawet stosunkowo słabe źródło zakłóceń może je zagłuszyć^[3][12]. Zakłócenia GNSS zagrażają nie tylko nawigacji morskiej^[13] i lotniczej, ale również infrastrukturze zależnej od sygnału czasu GNSS: sieciom telekomunikacyjnym, sieciom elektroenergetycznym i systemom finansowym. Według raportu NIST z 2021 roku utrata sygnału czasu GPS kosztowałaby sam sektor telekomunikacyjny w USA od 5,5 do 14,2 mld USD^[12].

Spoofing GNSS wpływa również na badania naukowe wykorzystujące lokalizatory satelitarne. W badaniach migracji ptaków prowadzonych od jesieni 2023 do lata 2024 odnotowano liczne błędne lokalizacje osobników oznakowanych nadajnikami GNSS w strefach konfliktów w Europie Wschodniej i na Bliskim Wschodzie. Błędne pozycje dotyczyły m.in. rycyków migrujących z Finlandii do Rumunii oraz orzełków południowych monitorowanych w Izraelu i jego sąsiedztwie; część lokalizacji była fałszywie przenoszona w okolice lotnisk, m.in. w Rosji, Ukrainie, Libanie, Jordanii, Syrii i Egipcie^[14].

Wszystkie systemy GNSS, takie jak amerykański GPS, rosyjski GLONASS, chiński Beidou i europejska konstelacja Galileo, są podatne na tę technikę^[15]. W celu ograniczenia części podatności, z jakimi systemy GNSS mierzą się w związku z atakami spoofingowymi, zaleca się jednoczesne używanie więcej niż jednego systemu nawigacyjnego^[13].

Przejęcie w grudniu 2011 roku bezzałogowego statku powietrznego Lockheed Martin RQ-170 Sentinel w północno-wschodnim Iranie mogło być rezultatem takiego ataku^[16]. Ataki spoofingowe GNSS były przewidywane i omawiane w środowisku GNSS już w 2003 roku^[17][18][19]. Atak typu proof of concept został z powodzeniem przeprowadzony w czerwcu 2013 roku, gdy luksusowy jacht "White Rose of Drachs" został sprowadzony z kursu spreparowanymi sygnałami GPS przez grupę studentów inżynierii lotniczej z Cockrell School of Engineering na Uniwersytecie Teksańskim w Austin. Studenci znajdowali się na pokładzie jachtu, co pozwoliło ich urządzeniom spoofingowym stopniowo zdominować siłę sygnałów rzeczywistych satelitów konstelacji GPS i zmienić kurs jachtu^[20][21].

W 2019 roku brytyjski tankowiec "Stena Impero" stał się celem ataku spoofingowego, który skierował statek na irańskie wody terytorialne, gdzie został zajęty przez siły irańskie. W konsekwencji jednostka wraz z załogą i ładunkiem została wykorzystana jako pionek w konflikcie geopolitycznym. Kilka firm żeglugowych, których statki przepływają w pobliżu wód irańskich, instruuje jednostki, aby pokonywały niebezpieczne obszary z dużą prędkością i w ciągu dnia^[13].

15 października 2023 roku Siły Obronne Izraela (IDF) ogłosiły, że GPS został „ograniczony w aktywnych strefach walk zgodnie z różnymi potrzebami operacyjnymi”, lecz publicznie nie skomentowały bardziej zaawansowanych form zakłócania. W kwietniu 2024 roku badacze z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin wykryli jednak fałszywe sygnały i prześledzili ich pochodzenie do konkretnej bazy lotniczej w Izraelu, obsługiwanej przez IDF^[22].

Od czasu inwazji Rosji na Ukrainę w 2022 roku region Bałtyku stał się jedną z najaktywniejszych stref zakłóceń GNSS na świecie. Nasilenie zakłóceń nad Polską zbiegło się z uruchomieniem w grudniu 2023 roku bazy Aegis Ashore w Redzikowie, 250 km od granicy z obwodem królewieckim^[33]. Obwód królewiecki, rosyjska eksklawa położona między Polską a Litwą, jest głównym źródłem sygnałów zakłócających, obejmujących zarówno zagłuszanie (jamming), jak i spoofing^[34].

Departament Bezpieczeństwa Krajowego Stanów Zjednoczonych opublikował wytyczne dotyczące ochrony infrastruktury krytycznej przed atakami spoofingowymi. Do zalecanych metod należą: ukrywanie i maskowanie anten GNSS; stosowanie czujników wykrywających cechy zakłóceń i sygnały spoofingowe; korzystanie z wielu częstotliwości i systemów GNSS jednocześnie (np. GPS L1/L5, Galileo, GLONASS); oraz minimalizowanie opóźnień w rozpoznawaniu i zgłaszaniu zakłóceń^[43].

W literaturze opisywano również rozwiązania detekcji niezależne od konkretnego odbiornika, w tym techniki działające na poziomie aplikacji mobilnych^[44][45].

Do metod wykrywania spoofingu należą m.in. monitorowanie mocy i zniekształceń sygnału, analiza zgodności pomiarów pseudoodległości i przesunięcia Dopplera, porównywanie wskazań GNSS z nawigacją inercyjną oraz estymacja kierunku nadejścia sygnału w odbiornikach wieloantenowych. Metody te mogą być skuteczne wobec prostych ataków, ale ich skuteczność spada przy atakach zsynchronizowanych, niskomocowych lub prowadzonych z wielu źródeł jednocześnie^[1][44][46].

Anteny o kontrolowanej charakterystyce odbioru (CRPA, controlled reception pattern antennas) tłumią zakłócenia, kształtując charakterystykę odbioru tak, aby wygaszać sygnały z kierunków źródeł zagłuszania. Antena o N elementach może wygaszać najwyżej N−1 kierunków, a gdy zagłuszacz i satelita znajdują się w zbliżonym kierunku, tłumienie zakłócenia powoduje jednoczesną utratę sygnału satelitarnego^[47][46].

Specjalne szyfrowane wojskowe systemy GPS wykorzystujące kod P/(Y), a tym bardziej wykorzystujące kod M o wzmocnionym szyfrowaniu, są w dużej mierze uodpornione na spoofing dzięki używaniu modułów SAASM (Selective Availability Anti-spoofing Module)^[48].

• GPSjam.org – codzienne mapy zakłóceń GPS
• GPSwise – codzienne mapy zagłuszania i spoofingu