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 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, 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 использование средств радиоэлектронной борьбы. Мощные глушилки устанавливаются повсеместно.

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

К сожалению, это искажает спутниковый сигнал за сотни километров (до 300 км) от места боевых действий. По данным организации Opsgroup, 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

Подробнее по некоторым городам:

Примеры конкретных авиарейсов, которые подверглись спуфингу GPS-координат:

Джамминг и спуфинг GPS применяется на государственном уровне. Например, в октябре 2023 года Израиль официально заявил 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 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:

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

На Ближнем Востоке спуфинг широко распространён: 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.

В некоторых случаях бортовое оборудование показывало, что самолёты приближаются к аэропортам в Багдаде, Каире или Бейруте, 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, 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 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, в отличие от РФ (см. ниже).

▍ Отслеживание помех

Есть несколько сайтов, которые производят глобальный мониторинг помех GPS. Например, сервис GPSJam (запущен в июле 2022 года) обрабатывает информацию о сигналах ADS-B 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, и он как раз отметил сильное увеличение количества помех в 2022 году, так же как и другой сервис спутникового мониторинга Aurora Insight (спутник Charlie).

▍ Геомагнитная навигация и другие альтернативы

В июне 2024 года компания SandboxAQ (CEO Эрик Шмидт, бывший гендиректор Google) представила навигационную систему AQNav, которую разрабатывала последние полтора года по контракту Direct-to-Phase-II Small Business Innovation Research 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.

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, где в качестве акселерометров используются атомы. А в лондонском метро в этом году начали тестировать первый в мире квантовый акселерометр:

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 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 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, 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.