什么是GNSS欺騙？如何保護(hù)我們的GNSS接收機(jī)免受欺騙攻擊？隨著技術(shù)進(jìn)步使GNSS接收設(shè)備變得更便宜，我們的生活越來越依賴于精準(zhǔn)的定位和授時(shí)。測量勘測、建筑施工和物流運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)依托精確的定位和授時(shí)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高效率和安全保障。GNSS授時(shí)通過時(shí)間同步來協(xié)調(diào)電信網(wǎng)絡(luò)、銀行網(wǎng)點(diǎn)和電網(wǎng)，為行業(yè)骨干系統(tǒng)提供了脈動(dòng)的心跳。據(jù)估計(jì)，僅在美國，一天的GNSS中斷就會(huì)造成10億美元的損失。所以，GNSS必須是個(gè)可靠的系統(tǒng)，為了保持這種狀態(tài)，專業(yè)的GNSS接收機(jī)需要警惕所有可能被利用的漏洞與威脅。使用抗干擾和反欺騙、具有魯棒性的GNSS接收機(jī)是保障PNT（定位、導(dǎo)航和時(shí)間）安全的關(guān)鍵。

　　什么是GNSS的欺騙？無線電干擾會(huì)壓倒微弱的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，導(dǎo)致信號(hào)丟失并可能變成無法定位。欺騙是一種智能干擾形式，它使接收者收到錯(cuò)誤的位置數(shù)據(jù)。在欺騙攻擊期間，位于附近的無線電發(fā)射器將虛假GNSS信號(hào)發(fā)送給目標(biāo)接收機(jī)。例如，廉價(jià)的SDR（軟件定義無線電）可以讓智能手機(jī)相信它在珠穆朗瑪峰上！

圖 1 廉價(jià)的 SDR（軟件定義無線電）可以壓制GNSS信號(hào)并欺騙單頻智能手機(jī)中的導(dǎo)航接收機(jī)，使其相信它位于珠穆朗瑪峰上

　　為什么要進(jìn)行GNSS的欺騙？可以想象一下在戰(zhàn)斗情況中。顯然，使用GNSS技術(shù)的一方比不使用的一方具有優(yōu)勢。但是，如果一方可以操縱控制對手的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)呢？這可能意味著接管了依賴衛(wèi)星定位的自動(dòng)駕駛汽車和機(jī)器人設(shè)備。例如，2018年10月，俄羅斯指責(zé)美國欺騙無人機(jī)并將其重新定向到攻擊俄羅斯在敘利亞的空軍基地。在過去3年中，俄羅斯邊境附近海域記錄了600多起欺騙事件。這些船只似乎被“運(yùn)送”到附近的機(jī)場。這種類型的欺騙可能是作為地面間諜無人機(jī)的防御機(jī)制引入的。市場上的大多數(shù)半專業(yè)無人機(jī)都有內(nèi)置的地理圍欄機(jī)制，如果它們靠近機(jī)場或其他限制區(qū)域，它們會(huì)自動(dòng)降落。一些最狂熱的欺騙者是（口袋妖怪）Pokémon GO 的粉絲，他們使用廉價(jià)的 SDR（軟件定義無線電）來行使欺騙，給出錯(cuò)誤的衛(wèi)星定位位置，并在不離開房間的情況下操控難以捉摸的神奇寶貝。

圖 2 GNSS 欺騙可用于操縱空中無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)

　　欺騙的類型。欺騙者使用攜帶錯(cuò)誤定位信息的無線電信號(hào)來壓制相對較弱的GNSS信號(hào)。有兩種欺騙方式：轉(zhuǎn)播在其他地點(diǎn)或時(shí)間記錄的GNSS信號(hào)（所謂的meconing），或者生成和傳輸修改后的衛(wèi)星信號(hào)。

　　防欺騙：如何保護(hù)您的接收機(jī)免受欺騙？為了對抗欺騙，GNSS接收機(jī)需要從真實(shí)和欺騙信號(hào)的混合中檢測欺騙信號(hào)。一旦衛(wèi)星信號(hào)被標(biāo)記為欺騙，就可以將其排除在定位計(jì)算之外。接收機(jī)可以提供各種級(jí)別的欺騙保護(hù)。讓我們將其與房屋入侵檢測系統(tǒng)進(jìn)行比較。您可以擁有一個(gè)簡單的進(jìn)入警報(bào)系統(tǒng)或更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)檢測系統(tǒng)。為了增加安全性，您可以安裝視頻圖像識(shí)別、破碎玻璃聲音檢測或上述組合。就像一座敞開的門的房子一樣，沒有保護(hù)的GNSS接收機(jī)，即使面對最簡單的欺騙形式也很容易受到攻擊。另一方面，安全接收機(jī)可以通過查找信號(hào)異常或使用旨在防止欺騙的信號(hào)（例如 Galileo OS-NMA和E6或GPS軍用代碼）來檢測欺騙。

　　先進(jìn)的干擾抑制技術(shù)，例如Septentrio AIM+，使用信號(hào)處理算法通過檢測信號(hào)中的各種異常來標(biāo)記欺騙。例如，欺騙信號(hào)通常比真實(shí)的GNSS信號(hào)更強(qiáng)大。AIM+甚至不會(huì)被先進(jìn)的GNSS信號(hào)發(fā)生器（思博倫GSS9000）所迷惑。憑借真實(shí)的功率水平和信號(hào)中的實(shí)際導(dǎo)航數(shù)據(jù)，AIM+可以將其識(shí)別為“非真實(shí)”信號(hào)。如今正在研究其他先進(jìn)的反欺騙技術(shù)，例如使用雙極化天線。

　　衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)認(rèn)證。許多國家通過直接在其GNSS衛(wèi)星中構(gòu)建安全性來強(qiáng)化其欺騙復(fù)原力。借助OS-NMA（開放服務(wù)導(dǎo)航電文認(rèn)證），伽利略是第一個(gè)直接在民用GNSS信號(hào)上引入反欺騙服務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)。OS-NMA是伽利略E1頻率上的免費(fèi)服務(wù)。它可以驗(yàn)證伽利略甚至GPS衛(wèi)星上的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。此類導(dǎo)航數(shù)據(jù)攜帶有關(guān)衛(wèi)星位置的信息，如果修改將導(dǎo)致錯(cuò)誤的接收機(jī)定位計(jì)算，雖然目前正在公開實(shí)驗(yàn)測試中。此外，GPS正在使用他們最近的Chimera身份驗(yàn)證系統(tǒng)為民用用戶試驗(yàn)基于衛(wèi)星的反欺騙。

　　歐洲伽利略衛(wèi)星對E1信號(hào)提供開放式鑒權(quán)服務(wù)，對E6信號(hào)提供商業(yè)鑒權(quán)服務(wù)。最近，在歐洲的FANTASTIC項(xiàng)目的范圍內(nèi)，在Septentrio接收機(jī)上實(shí)施采用了OS-NMA反欺騙保護(hù)鑒權(quán)技術(shù)。最強(qiáng)的后盾是信號(hào)級(jí)GNSS認(rèn)證鑒權(quán)，伽利略系統(tǒng)將為E6信號(hào)提供商業(yè)認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)(CAS)，為自動(dòng)駕駛汽車等安全關(guān)鍵型應(yīng)用提供最高級(jí)別的安全保障。信號(hào)級(jí)加密將基于與軍用GPS信號(hào)類似的技術(shù)。只有擁有密鑰的接收者才能跟蹤此類加密信號(hào)，并且還需要密鑰來生成無法偽造的信號(hào)。CAS認(rèn)證技術(shù)目前正在Septentrio與歐洲航天局合作進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，并且正式開展驗(yàn)證測試。