GPS Störsender Auto war schon immer eine gefährliche, aber wenig verstandene Bedrohung für die Vertrauenswürdigkeit kritischer Navigationssysteme. Um eine Täuschung zu verhindern, müssen wir zunächst verstehen, wie der Gegner das GPS-Signal zerstört. Mit diesem Wissen müssen wir schnell handeln, um Methoden zu entwickeln, um GPS-Benutzer vor diesen falschen Signalen zu warnen.

Die Drohnen-Demonstration zeigt deutlich die Verwundbarkeit von GPS, aber wir denken, dass andere Ziele besorgniserregender sind. Handytürme, Börsen und Stromnetze sind für eine genaue Zeitmessung zumindest teilweise auf GPS angewiesen. Eine gut koordinierte Täuschung kann die Kommunikation stören, automatisierte Finanzhändler verwirren und schwere Stromausfälle verursachen.
Während des ersten Teils der Reise zeichnet der GPS-Empfänger der Yacht die Positionsinformationen von Dutzenden von Satelliten genau auf, genau wie bei jeder Reise. Am zweiten Tag der Reise ersetzte das Team von Humphries das auf der Brücke empfangene Signal durch ein trügerisches Signal, das darauf hinwies, dass das Schiff 3 Grad nach links driftete.

Wie haben sie das gemacht? Im Normalbetrieb leitet der mobilfunk störsender seine Position ab, indem er die Entfernung zu mehreren Satelliten gleichzeitig berechnet. Jeder Satellit hat eine Atomuhr und sendet seine Position, Zeit und 1.023 Plus- und Minus-Signaturmuster, die als pseudozufällige Rauschcodes (oder PRN-Codes) bezeichnet werden. Diese Codes identifizieren das Signal als von beispielsweise Satellit A und Satellit B stammend, was notwendig ist, da alle GPS-Satelliten zivile Signale auf derselben Frequenz senden.

So verhindern Sie GPS-Spoofing: Verschlüsselung, Erkennung von Signalverzerrungen und Erkennung der Ankunftsrichtung. Es gibt keine einzige Methode, um alle Täuschungen zu verhindern, aber das Team von Psiaki stellte fest, dass kombinierte Strategien vernünftige und sichere Gegenmaßnahmen bieten können, die kommerziell eingesetzt werden können.
Eine weitere Verteidigungsoption ist die Verzerrungserkennung [pdf], mit der Benutzer auf verdächtige Aktivitäten aufmerksam gemacht werden können, die auf kurzen, aber beobachtbaren Stellen basieren, die auftreten, wenn gsm störsender kaufen gefälscht werden. Im Allgemeinen verwenden GPS-Empfänger verschiedene Strategien, um Spitzen in der Amplitude des Eingangssignals zu verfolgen. Beim Senden eines gefälschten Signals sieht der Empfänger eine Kombination aus dem ursprünglichen Signal und dem falschen Signal, und diese Kombination verursacht beim Ziehen Flecken auf der Amplitudenkurve.

Bei der Verzerrungserkennung werden mehr Signalverarbeitungskanäle hinzugefügt, und möglicherweise muss eine kleine Menge Hardware hinzugefügt werden, damit Benutzer die Amplitudenkurve des Signals mit höherer Genauigkeit verfolgen können. Diese Technik sucht nach unnatürlichen Merkmalen, beispielsweise nach Amplitudenspitzen, die eine bestimmte Höhe oder Breite überschreiten. Der Verzerrungsdetektor funktioniert jedoch nur, wenn das Signal zwischen dem Beginn des Angriffs und dem Ende des Ziehens erfasst wird und der Vorgang möglicherweise nur einige Minuten dauert.
Wenn Sie die Richtung der Ankunft jedes Signals unabhängig voneinander wahrnehmen können, können Sie leicht feststellen, ob Sie getäuscht wurden. Um diese Idee zu testen, hat Psiakis Labor kürzlich ein System gebaut, das Software und zwei Antennen verwendet, um das Prinzip der Interferometrie auf die Erkennung von Täuschungen anzuwenden. Insbesondere misst es eine Eigenschaft, die als Trägerphase [pdf] bezeichnet wird, um zu identifizieren, wie sich ein Signal von einer Antenne zur anderen ändert, und bestimmt dann den Ankunftswinkel des Signals, das die Änderung beschreibt.

Die Trägerphasenüberwachung ist ein Verfahren zum Zählen von Doppler-Frequenzverschiebungsperioden in hochleistungs störgerät. Wenn sich der Signalsender relativ zum Empfänger bewegt, tritt eine Doppler-Verschiebung auf. Betrachten Sie das klassische Beispiel eines vorbeifahrenden Feuerwehrautos: Die Frequenz einer Polizeisirene variiert von hoch bis niedrig. GPS-Satelliten bewegen sich auch relativ zum GPS-Empfänger, und die relative Bewegung jedes Satelliten ist unterschiedlich.
Bei verzerrungsbasierten Methoden können jedoch Angriffe übersehen werden, die nicht rechtzeitig erfasst werden. Die Verschlüsselungsmethode ist sehr effektiv (fragen Sie einfach das US-Militär), erfordert jedoch wesentliche Änderungen an der Art und Weise, wie GPS-Signale gesendet werden, oder erfordert zusätzliche Kommunikationsverbindungen mit hoher Bandbreite. Der Entwickler des neuen globalen Navigationssatellitensystems Europas [pdf] namens Galileo hat diese Methode übernommen und seine Fähigkeit getestet, digital verschlüsselte Signale über sein System an Zivilisten zu senden. Leider sind solche Systeme immer noch anfällig für aggressive Angriffe.

Die Erfassung der Ankunftsrichtung ist unsere Methode der Wahl, die Implementierung ist jedoch in der Regel teurer als die Erkennung von Verzerrungen. Der Prozess selbst ist am effektivsten, wenn er von mehreren Antennen ausgeführt wird. Große Arrays können jedoch nicht einfach auf Handheld-Geräten installiert werden. Darüber hinaus kann ein teilweises Spoofing täuschen: Wenn der Spoofer nur ein oder zwei GPS-Signale anstelle aller Signale jedes Satelliten im Zielbereich anvisiert, bleibt die Trägerphasendifferenz auch nach dem Angriff ein gewisser Unterschied.
Schließlich glauben wir, dass die stärkste Täuschungsabwehr die Erkennung von Verzerrungen und die Erfassung der Ankunftsrichtung kombinieren kann. Die Erkennung von Verzerrungen hilft in der anfänglichen Angriffsphase, während die Erkennung der Ankunftsrichtung eine zweite Verteidigungslinie darstellt.

Wir können jedoch nicht garantieren, dass eine solche Lösungskombination für normale Benutzer erschwinglich ist. Kommerzielle Entwickler müssen die Kosten bei großen Verkäufen amortisieren, aber die meisten Verbraucher benötigen störgeräte Betrugsschutz.

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Die Drohnen-Demonstration zeigt deutlich die Verwundbarkeit von GPS, aber wir denken, dass andere Ziele besorgniserregender sind. Handytürme, Börsen und Stromnetze sind für eine genaue Zeitmessung zumindest teilweise auf GPS angewiesen. Eine gut koordinierte Täuschung kann die Kommunikation stören, automatisierte Finanzhändler verwirren und schwere Stromausfälle verursachen.
Während des ersten Teils der Reise zeichnet der GPS-Empfänger der Yacht die Positionsinformationen von Dutzenden von Satelliten genau auf, genau wie bei jeder Reise. Am zweiten Tag der Reise ersetzte das Team von Humphries das auf der Brücke empfangene Signal durch ein trügerisches Signal, das darauf hinwies, dass das Schiff 3 Grad nach links driftete.

Wie haben sie das gemacht? Im Normalbetrieb leitet der mobilfunk störsender seine Position ab, indem er die Entfernung zu mehreren Satelliten gleichzeitig berechnet. Jeder Satellit hat eine Atomuhr und sendet seine Position, Zeit und 1.023 Plus- und Minus-Signaturmuster, die als pseudozufällige Rauschcodes (oder PRN-Codes) bezeichnet werden. Diese Codes identifizieren das Signal als von beispielsweise Satellit A und Satellit B stammend, was notwendig ist, da alle GPS-Satelliten zivile Signale auf derselben Frequenz senden.

So verhindern Sie GPS-Spoofing: Verschlüsselung, Erkennung von Signalverzerrungen und Erkennung der Ankunftsrichtung. Es gibt keine einzige Methode, um alle Täuschungen zu verhindern, aber das Team von Psiaki stellte fest, dass kombinierte Strategien vernünftige und sichere Gegenmaßnahmen bieten können, die kommerziell eingesetzt werden können.
Eine weitere Verteidigungsoption ist die Verzerrungserkennung [pdf], mit der Benutzer auf verdächtige Aktivitäten aufmerksam gemacht werden können, die auf kurzen, aber beobachtbaren Stellen basieren, die auftreten, wenn gsm störsender kaufen gefälscht werden. Im Allgemeinen verwenden GPS-Empfänger verschiedene Strategien, um Spitzen in der Amplitude des Eingangssignals zu verfolgen. Beim Senden eines gefälschten Signals sieht der Empfänger eine Kombination aus dem ursprünglichen Signal und dem falschen Signal, und diese Kombination verursacht beim Ziehen Flecken auf der Amplitudenkurve.

Bei der Verzerrungserkennung werden mehr Signalverarbeitungskanäle hinzugefügt, und möglicherweise muss eine kleine Menge Hardware hinzugefügt werden, damit Benutzer die Amplitudenkurve des Signals mit höherer Genauigkeit verfolgen können. Diese Technik sucht nach unnatürlichen Merkmalen, beispielsweise nach Amplitudenspitzen, die eine bestimmte Höhe oder Breite überschreiten. Der Verzerrungsdetektor funktioniert jedoch nur, wenn das Signal zwischen dem Beginn des Angriffs und dem Ende des Ziehens erfasst wird und der Vorgang möglicherweise nur einige Minuten dauert.
Wenn Sie die Richtung der Ankunft jedes Signals unabhängig voneinander wahrnehmen können, können Sie leicht feststellen, ob Sie getäuscht wurden. Um diese Idee zu testen, hat Psiakis Labor kürzlich ein System gebaut, das Software und zwei Antennen verwendet, um das Prinzip der Interferometrie auf die Erkennung von Täuschungen anzuwenden. Insbesondere misst es eine Eigenschaft, die als Trägerphase [pdf] bezeichnet wird, um zu identifizieren, wie sich ein Signal von einer Antenne zur anderen ändert, und bestimmt dann den Ankunftswinkel des Signals, das die Änderung beschreibt.

Die Trägerphasenüberwachung ist ein Verfahren zum Zählen von Doppler-Frequenzverschiebungsperioden in hochleistungs störgerät. Wenn sich der Signalsender relativ zum Empfänger bewegt, tritt eine Doppler-Verschiebung auf. Betrachten Sie das klassische Beispiel eines vorbeifahrenden Feuerwehrautos: Die Frequenz einer Polizeisirene variiert von hoch bis niedrig. GPS-Satelliten bewegen sich auch relativ zum GPS-Empfänger, und die relative Bewegung jedes Satelliten ist unterschiedlich.
Bei verzerrungsbasierten Methoden können jedoch Angriffe übersehen werden, die nicht rechtzeitig erfasst werden. Die Verschlüsselungsmethode ist sehr effektiv (fragen Sie einfach das US-Militär), erfordert jedoch wesentliche Änderungen an der Art und Weise, wie GPS-Signale gesendet werden, oder erfordert zusätzliche Kommunikationsverbindungen mit hoher Bandbreite. Der Entwickler des neuen globalen Navigationssatellitensystems Europas [pdf] namens Galileo hat diese Methode übernommen und seine Fähigkeit getestet, digital verschlüsselte Signale über sein System an Zivilisten zu senden. Leider sind solche Systeme immer noch anfällig für aggressive Angriffe.

Die Erfassung der Ankunftsrichtung ist unsere Methode der Wahl, die Implementierung ist jedoch in der Regel teurer als die Erkennung von Verzerrungen. Der Prozess selbst ist am effektivsten, wenn er von mehreren Antennen ausgeführt wird. Große Arrays können jedoch nicht einfach auf Handheld-Geräten installiert werden. Darüber hinaus kann ein teilweises Spoofing täuschen: Wenn der Spoofer nur ein oder zwei GPS-Signale anstelle aller Signale jedes Satelliten im Zielbereich anvisiert, bleibt die Trägerphasendifferenz auch nach dem Angriff ein gewisser Unterschied.
Schließlich glauben wir, dass die stärkste Täuschungsabwehr die Erkennung von Verzerrungen und die Erfassung der Ankunftsrichtung kombinieren kann. Die Erkennung von Verzerrungen hilft in der anfänglichen Angriffsphase, während die Erkennung der Ankunftsrichtung eine zweite Verteidigungslinie darstellt.

Wir können jedoch nicht garantieren, dass eine solche Lösungskombination für normale Benutzer erschwinglich ist. Kommerzielle Entwickler müssen die Kosten bei großen Verkäufen amortisieren, aber die meisten Verbraucher benötigen störgeräte Betrugsschutz.

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