你大概从没想过,手机导航里那个蓝色小箭头,其实一直走在一条"谁都能插话"的通道上。
从开车找路到金融系统对时,卫星导航承担的东西远比我们以为的多。但它的信号,脆弱得有点出人意料。
为什么卫星信号这么容易被"骗"
包括GPS在内的绝大多数GNSS系统,都没有内置验证机制。这意味着,一个攻击者只要用更高的功率发射一个假信号,就能把接收机"拐走"。
原理并不复杂:卫星信号到达地面时已经极其微弱,一个装备不算太差的攻击者,就能把它盖过去。这不是电影情节,是这套系统长期存在的结构性缺口。
干扰还算粗暴的,更麻烦的是"欺骗"——接收机收到的信号看起来一切正常,位置却已经悄悄偏了。
伽利略的做法:先加密,再对答案
欧洲的GNSS系统伽利略,最近拿出了它的解法:信号认证系统(SAS)。这套机制的核心思路,是让接收机能够验证"我收到的信号,确实来自那颗卫星"。
具体怎么做的?伽利略地面站会预先选定信号的扩频码,用一把定期更换的密钥加密后公开发布。如果一台接收机预判自己接下来需要一段经过验证的信号,就可以提前把这些加密后的码下载并存储起来。
随后,伽利略卫星在E6-C导频信号上发射,接收机把这段信号录下来。卫星在发完一个消息块之后,会通过另一路信号把解密密钥发出去。接收机拿到密钥,就能还原出扩频码,再拿它去和刚才录下的信号做相关运算,从而算出卫星的伪距。
绕了一圈,但逻辑很干净:密钥晚一步到,信号早一步录,两者对上,才认这个位置。
挪威的那一周,它扛住了
这套系统不是纸上谈兵。本月早些时候,在挪威的安岛(Andøya),一年一度的Jammertest GNSS测试活动举行。整整一周里,各类机构轮番上阵,测试自家GNSS系统在干扰、延迟重传和欺骗等多种攻击下的韧性。
欧洲空间局使用了五颗伽利略卫星,结果是在欺骗条件下,接收机依然保持了稳定锁定。
这是伽利略首次在欺骗环境下完成加密保护的位置解算。
这件事的意义,不止于欧洲
从原理上说,这套方法可以推广到其他GNSS系统。而推动这件事的动力,其实已经摆在台面上了——近期已经出现过规模非常大的攻击案例。
换句话说,卫星导航的"信任问题",正在从学术讨论变成现实压力。伽利略这次给出的答案未必是唯一解,但它至少证明了一件事:让接收机学会"验明正身",是可行的。
你下次打开导航的时候,可能不会想到这些。但那条从两万公里外传来的微弱信号,正在被要求出示证件。
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