英国专家强调卫星导航系统的易损性

计算机网络防护成为各国政府和全球产业面临的最紧迫的挑战之一。另一个领域也面临着同样的处境，存在着同等重要的问题——即对全球导航卫星系统(GNSS）日益增加的依赖性。

能够干扰诸如GPS系统的设备，由于价格低廉而被广泛应用，并越来越受犯罪分子的青睐。面临这一问题的并不仅仅是使用GNSS定位和导航功能的用户，还包括依赖GPS授时功能实现自动同步的电信业和金融界。攻击GPS而引起关键基础设施破坏的隐患值得重视。

“我们已从几乎没有人了解GPS易损性的状态发展到了几乎所有工程师都知晓，”英国航海学会前会长，专门从事无线电导航和通信系统的专家大卫·拉斯特表示，“这是决策者和政治家理解得最慢的领域。但是，各国的理解也正在发生变化。”

2016年，在GPS卫星SVN23退役过程中引发的问题敲响了警钟。1月26日，美国空军第50太空联队在将GPS星座中使用最久的卫星除役，引起了协调世界时(UTC)信号13.7微秒的误差。据英国授时监控柯罗诺斯科技有限公司创始人查尔斯·库里透露，此状况最终影响了15颗卫星；导致固网通信中断和BBC数字广播服务长时间停机。

类似伦敦金融城这样的金融中心，很容易受到GPS干扰和欺骗。

“在凌晨2点，我们的网络运营中心接到了一个主要固网电信运营商的电话说，‘我的屏幕已经全红了，而且GPS接收机全部失效了，’”库里说到，“我们的一些运营商接到了来自世界各地的1000多起报警事件。我们的团队花了四天的时间来修复，而这并不是唯一的案例。”

高频处理利用GPS同步；电信网络通过校准数字流量包纳秒级时隙保持频率稳定性和数据吞吐量。然而GNSS的甚低功率传输使得它们很容易受干扰。

GPS干扰器通过网络渠道销售。用户包括希望禁用GPS或手机实时位置更新的个人。库里例举了司机使用专门配备于汽车点烟器的低功率干扰器来防止雇主监视公车私用，以及美国一个教堂的牧师安装GPS干扰器防止手机打断他布道的例子。

在英国，使用干扰器是非法的，但购买和持有并不违法；在美国，购买、出售、持有或者使用干扰器都是非法的。GPS干扰技术在英国已经被有组织的犯罪团伙使用超过18个月。干扰器被装在被盗汽车的电瓶上，防止在装入集装箱运往海外的过程中被定位跟踪。

“我们看到的所有干扰基本上都是意外，或者是有组织犯罪团伙的轻微犯罪。我们还没有见过懂得相关技术的恐怖分子蓄意干扰，”在英国几个有关干扰的诉讼案件中曾作为专家证人的拉斯特说到，“如果你懂技术，中断一个大城市的所有通讯是完全有可能的，而且并不困难。”

另一类型的攻击称为欺骗，该技术正从实验室理论发展成为现实，由于软件无线电和在线分发程序的广泛应用和低廉成本，非熟练用户也能够传播假冒的GPS信号。欺骗同干扰一样利用GNSS信号的低功率，但该技术不是仅仅防止接收机访问信息，而是传播虚假数据。在给定的区域内的所有接收机都将受到影响，而受破坏的区域范围取决于所采用的发射机功率。

“我最近在英国乡村酒吧看过一个诱骗设备的演示，它不仅改变了GPS接收器的定位，而且还改变了时间。”拉斯特说到，“接收器时间曾一度被设置到两年前，导致智能手机上所有的软件都崩溃了。”

军事需求推动了GPS替代品的发展，DARPA的多个项目都旨在从不同技术层面寻求解决GPS拒止环境下的精确导航问题。包括授时惯性测量装置（TIMU）项目，目前正在研究的芯片级陀螺仪和加速度计技术，以及精确稳健惯性制导弹药(Prigm)项目，目前正试图构建并试飞微机电制导系统引导弹药从发射到命中目标的能力。

对于商业用户来说，选择是有限的。针对GNSS的干扰和欺骗可以缓解，但代价高昂。库里认为，真正的替代方案是恢复旧的导航和授时技术，并将其作为补充服务来运用。

加强型罗兰(eLoran)是二战期间初创的罗兰和罗兰C远程海上导航系统的改型，它可以提供精确到±8英尺的地理定位功能，以及可媲美GPS的授时能力，日变化约50纳秒。与低功率卫星传输不同，它采用的是安装在地面的大型发射机发射高功率信号。若非发射站遭受动力打击，信号很难被干扰或中断。

采用eLoran作为全球GNSS备份在技术上是可行的：库里已与一个位于马萨诸塞州的定位导航和授时供应商UrsaNav合作，建立了一个新的合资公司Taviga，他将其定位在为客户提供商用eLoran服务。但要建立一个有说服力的商业案例，该公司提供的eLoran信号还需要来自政府的担保。尽管GPS备份受到广泛关注，最初安装过的一些国家现在似乎要回溯；罗兰发射器在几个国家已被关闭。

Taviga公司的合伙人正在与英国政府某部门商讨eLoran在欧洲的可行性计划，希望可以达成一致协议，以将天线尚未拆除的退役罗兰C场地用作eLoran发射站。英国政府资助了德国Sylt岛上的罗兰站改造。俄罗斯等效于罗兰的Chayka与eLoran有潜在的互操作性，美国也仍存在一些罗兰站——尽管其中几个的天线已经拆除。虽然必须建立额外的发射站，但Taviga和UrsaNav联合创始人查克·舒认为成本还是可控的。

“推动系统向前发展的不是一个技术问题，而是一个政府意向问题，”舒表示，“我们可以用不到一颗GPS-3卫星的成本为美国至少48个州提供一个能够充分利用长达20年的eLoran定位、导航和授时解决方案。”

值得关注的是，GNSS的适应力也许与本世纪初期计算机网络防护所面临的情况相同。专业人士都明白威胁是切实存在并不断增长的，但直到黑客出现，漏洞和网络犯罪才变成引人注目且有强烈影响的问题，政府资源才开始向该领域汇集。

“在该领域有资深工作经验的人员都非常清楚，未来可能会发生一个重大事件，”库里说到，“没有人对此做好了准备。我们的使命是聚焦问题，并确保能够整合利用适当的弹性技术。”

（陈睿洁  孙陈刚）

国际电子战

站在世界电子战最前沿