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[9052] 2015-06-23_GPS安全性的一点科普

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-17
2015-06-23_GPS安全性的一点科普 G P S 安 全 性 的 一 点 科 普 F r e e B u f   2 0 1 5 - 0 6 - 2 3 微 信 号 微 信 号 f r e e b u f G P S 的 安 全 性 并 不 是 一 个 新 话 题 。 的 安 全 性 并 不 是 一 个 新 话 题 。 最 著 名 的 例 子 恐 怕 要 算 2 0 1 1 年 伊 朗 劫 持 美 国 无 人 机 。 2 0 1 1 年 1 2 月 4 日 ， 美 国 的 一 架 R Q - 1 7 0 无 人 机 ， 在 伊 朗 领 空 飞 行 。 伊 朗 军 方 并 没 有 击 落 它 ， 而 是 使 用 了 某 种 G P S 欺 骗 的 方 法 使 这 架 飞 机 乖 乖 的 降 落 在 伊 朗 东 北 部 的 K a s h m a r 。 这 架 完 好 的 无 人 机 为 伊 朗 军 方 提 供 了 一 个 极 好 的 研 究 标 本 ， 他 们 从 中 获 取 了 不 少 技 术 和 军 事 机 密 。 从 那 以 后 ， G P S 欺 骗 的 研 究 就 越 来 越 火 了 。 G P S 系 统 的 基 本 原 理 是 怎 样 的 呢 ？ 系 统 的 基 本 原 理 是 怎 样 的 呢 ？ G P S 卫 星 星 座 由 2 4 颗 卫 星 组 成 。 2 4 颗 卫 星 均 匀 分 布 在 6 个 轨 道 平 面 上 ， 即 每 个 轨 道 面 上 有 4 颗 卫 星 。 卫 星 的 分 布 经 过 了 巧 妙 的 设 计 ， 这 种 布 局 的 目 的 是 保 证 在 全 球 任 何 地 点 、 任 何 时 刻 至 少 可 以 观 测 到 4 颗 卫 星 。 为 什 么 一 定 要 4 颗 卫 星 呢 ？ G P S 定 位 是 通 过 测 距 来 实 现 的 。 G P S 接 收 机 要 测 量 每 颗 卫 星 到 它 之 间 的 距 离 ， 距 离 等 于 光 速 乘 以 时 间 ， 这 就 构 成 一 个 方 程 式 。 卫 星 的 位 置 是 已 知 的 ， 接 收 机 的 空 间 三 维 位 置 是 未 知 的 ， 时 间 也 是 未 知 的 ， 所 以 一 共 有 4 个 未 知 数 。 因 此 我 们 需 要 4 个 方 程 ， 才 能 解 出 4 个 未 知 数 。 那 么 为 什 么 那 么 为 什 么 G P S 接 收 机 能 够 被 欺 骗 ？ 接 收 机 能 够 被 欺 骗 ？ G P S 卫 星 通 过 不 断 的 广 播 信 号 ， 告 诉 接 收 机 ， 自 己 在 什 么 位 置 。 这 是 一 个 单 向 的 广 播 信 号 ， 而 且 经 过 了 太 空 到 地 面 这 么 远 的 传 播 ， 信 号 已 经 变 得 非 常 非 常 弱 。 此 时 ， 如 果 有 一 个 G P S 模 拟 器 ， 在 接 收 机 旁 边 ， 假 装 成 卫 星 ， 那 么 这 个 模 拟 器 的 信 号 很 容 易 盖 过 真 正 的 G P S 信 号 。 就 像 下 面 这 张 图 的 情 况 ， 接 收 机 只 能 听 到 那 个 嗓 门 大 的 。
过 去 做 一 个 G P S 模 拟 器 并 不 是 一 件 容 易 的 事 ， G P S 信 号 有 复 杂 的 格 式 ， 发 射 方 法 。 一 个 商 用 级 的 G P S 模 拟 器 售 价 高 达 百 万 元 人 民 币 。 比 较 简 单 的 一 种 方 法 是 “ 重 放 攻 击 ” ， 也 就 是 录 制 一 段 G P S 信 号 ， 然 后 再 播 放 出 来 ， 就 像 下 图 的 示 例 。 但 是 ， 随 着 软 件 无 线 电 技 术 的 不 断 发 展 ， 以 及 丰 富 的 开 源 代 码 不 断 涌 现 。 现 在 ， 攻 击 者 已 经 可 以 找 到 几 乎 现 成 的 开 源 代 码 ， 配 合 软 件 无 线 电 设 备 ， 就 能 够 发 射 G P S 信 号 ， 任 意 地 点 ， 任 意 时 间 ， 以 假 乱 真 ！ 这 会 产 生 哪 些 后 果 呢 ？ 这 会 产 生 哪 些 后 果 呢 ？ 美 国 德 克 萨 斯 州 立 大 学 奥 斯 汀 分 校 ， T o d d   H u m p h r e y s 教 授 领 导 的 无 线 导 航 实 验 室 ， 是 G P S 安 全 研 究 领 域 ， 非 常 领 先 的 一 个 团 队 。 2 0 1 2 年 ， T o d d   H u m p h r e y s 教 授 发 表 了 T E D 演 讲 ， 呼 吁 公 众 注 意 G P S 安 全 性 ； 2 0 1 3 年 ， 这 个 团 队 成 功 欺 骗 了 一 艘 游 艇 ， 改 变 了 航 向 ； 2 0 1 4 年 ， 他 们 又 成 功 欺 骗 了 一 架 无 人 机 ， 控 制 了 它 的 飞 行 位 置 。
除 了 扰 乱 定 位 系 统 以 外 ， G P S 欺 骗 还 可 以 扰 乱 定 时 系 统 ， 改 变 通 信 基 站 ， 金 融 交 易 系 统 的 授 时 信 息 。 据 说 这 样 的 时 间 差 ， 可 以 在 交 易 中 抢 得 先 机 于 是 从 中 获 利 [ 7 ] 。 在 军 事 应 用 中 ， 这 中 攻 击 就 会 产 生 更 严 重 的 后 果 。 1 9 9 6 年 ， 中 国 两 枚 导 弹 发 射 失 败 疑 因 G P S 被 美 军 做 手 脚 。 说 到 这 里 ， 要 介 绍 一 下 说 到 这 里 ， 要 介 绍 一 下 G P S 民 用 信 号 和 军 用 信 号 的 差 别 。 民 用 信 号 和 军 用 信 号 的 差 别 。 G P S 卫 星 在 1 5 7 5 . 4 2 M H z 发 射 的 1 . 0 2 3 M H z 带 宽 的 信 号 ， 是 民 用 信 号 ， 对 全 球 开 放 的 ， 标 准 是 完 全 公 开 的 。 各 个 芯 片 厂 家 可 以 根 据 这 个 标 准 设 计 G P S 芯 片 ， 用 在 各 种 电 子 设 备 中 。 G P S 卫 星 在 1 2 2 7 . 6 0 M H z 发 射 的 1 0 . 2 3 M H z 带 宽 的 信 号 ， 是 军 用 信 号 。 这 种 信 号 使 用 了 高 强 度 的 加 密 措 施 ， 只 有 美 国 军 方 能 够 使 用 。 破 解 不 是 不 可 能 ， 只 是 复 杂 度 很 高 ， 也 很 难 实 现 欺 骗 攻 击 。 也 就 是 说 ， 除 了 美 国 军 方 以 外 ， 其 他 人 都 只 能 使 用 非 常 开 放 的 民 用 G P S 信 号 。 在 这 里 ， 我 们 再 说 回 到 开 头 的 例 子 ， 为 什 么 伊 朗 能 够 劫 持 使 用 了 美 国 “ 军 用 ” G P S 信 号 的 无 人 机 呢 ？ 有 专 家 分 析 认 为 ， 伊 朗 可 能 是 通 过 压 制 1 2 2 7 . 6 M H z 的 信 号 ， 使 无 人 机 的 定 位 系 统 回 退 到 1 5 7 5 . 4 2 M H z 的 民 用 信 号 ， 从 而 在 不 加 密 的 民 用 信 号 上 实 现 了 欺 骗 。 如 今 ， 全 球 只 有 四 个 卫 星 导 航 系 统 ： 分 别 是 美 国 G P S 系 统 、 欧 洲 伽 利 略 G A L I L E O 系 统 、 俄 罗 斯 的 格 洛 纳 斯 G L O N A S S 系 统 和 中 国 的 北 斗 系 统 。 目 前 中 国 仍 然 有 大 量 的 设 备 还 在 使 用 G P S 定 位 ， 大 到 通 信 基 站 ， 船 舶 飞 机 ， 小 到 手 机 和 各 种 物 联 网 设 备 。 G P S 欺 骗 攻 击 的 门 槛 已 经 变 得 如 此 之 低 ， 不 得 不 让 人 担 忧 这 些 系 统 的 安 全 性 。 在 无 法 改 变 G P S 芯 片 的 情 况 下 ， 建 议 开 发 者 们 在 应 用 层 结 合 蜂 窝 网 络 定 位 ， W i f i 定 位 等 各 种 信 息 ， 做 一 个 综 合 的 判 断 ， 避 免 定 位 定 时 错 误 可 能 带 来 的 后 果 。
最 后 ， 关 于 低 成 本 G P S 欺 骗 攻 击 的 更 多 技 术 细 节 ， 3 6 0   U n i c o r n T e a m 将 在 今 年 夏 天 的 D E F C O N 2 3 大 会 上 演 讲 中 详 细 介 绍 。 * 作 者 ： 3 6 0 U n i c o r n T e a m （ 团 队 账 号 ） ， 转 载 须 注 明 来 自 F r e e B u f 黑 客 与 极 客 （ F r e e B u f . C O M ） 阅 读 原 文
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