Угроза для GPS: глушение и спуфинг как основные источники проблем в работе глобальной навигационной системы

Изначально созданная для военных целей, система геопозиционирования GPS столкнулась с большими проблемами именно на фоне очередного глобального конфликта. Все из-за участившихся случаев глушения сигнала, спуфинга и кибератак, нарушающих работу GPS. Основная опасность — в эффекте домино: сбои в навигации пагубно влияют на гражданский и военный транспорт, энергетические сети и другие системы, зависящие от геолокации и точного спутникового времени. Не говоря о том, что множеству людей грозит дезориентация: не только в городах, но и в море, небе, космосе и других отдаленных местах. 

Последствия препятствования работе GPS уже активно обсуждают в ООН, Агентстве по кибербезопасности и безопасности инфраструктуры, в министерствах обороны США и других стран. Насколько реальны негативные сценарии и как противостоять атакам, спуфингу и глушению спутниковых сигналов GPS на текущем этапе — наша статья.

Нарушение работы GPS угрожает нацбезопасности и не только 

Сегодня функционирование GPS обеспечивают: созвездие из 31 спутника Navstar, пункт управления на Земле и огромный пользовательский сегмент, который, по данным Statista, достигнет 10,6 млрд к 2031 году. Последний включает как специализированные военные, корабельные и авиационные приемники, так и гражданские автомобильные навигаторы, смартфоны, умные часы и просто трекеры, которые можно крепить куда угодно.

GPS принадлежит Космическим силам США (United States Space Force, USSF), которые подчиняются Министерству обороны США. Но пользоваться системой могут и гражданские. Это стало возможным в 1988 году, после того как пятью годами ранее на территории СССР по ошибке сбили гражданский самолет Корейских авиалиний. При этом определенная военная специализация у GPS все-таки осталась: специальные коды PRN представители оборонного сектора получают в зашифрованном виде, чтобы защитить чувствительную информацию от третьих лиц.

Сигналы GPS имеют решающее значение в навигации самолетов, морских судов, транспортных средств гуманитарной помощи, а также для экстренных служб, финансовых транзакций, сельского хозяйства и телекоммуникационных сетей. Работа электросетей тоже зависит от GPS: постоянная синхронизация времени и частоты позволяет управлять генерацией, распределять подачу электроэнергии и координировать работу множества энергетических объектов. Также система навигации используется для определения сейсмической активности и эпицентра землетрясения — приемники GPS первыми улавливают изменение частоты движения земной коры, что обычно предупреждает о приближающемся землетрясении.

GPS необходим и участникам космических миссий: для установления времени и местоположения, определения траекторий орбит и космических кораблей, дистанционного зондирования Земли и небесных тел, автономной работы аппаратов и других задач. Если в будущих миссиях на Луну американские астронавты высадятся в районе южного полюса в поисках воды, практически все время им придется работать в условиях недостатка солнечного света. В этом случае навигация облегчит посадку и ориентацию, а система точного времени, о которой пойдет речь далее, позволит выбрать благоприятный момент для научных экспериментов.

На борту каждого спутника GPS находятся высокоточные атомные часы, передающие время синхронно (с минимальной задержкой) с UTC. Как сказал Эдвард Пауэрс, старший инженер в The Aerospace Corporation, «GPS не может работать без точного времени, и она обеспечивает точное время для всех в мире». По его словам, от стабильной работы GPS зависят как минимум 16 критически важных секторов экономики США. То есть глобальная система позиционирования стала одной из несущих стен в нашем технологичном, и в значительной мере — цифровом мире. И, ожидаемо, это сделало ее важной для отдельных групп злоумышленников и целых государств, преимущественно авторитарных, стремящихся нарушить ее нормальную работу.

В 2016 году пилоты рейса Cathay Pacific Flight 905, следовавшего из Гонконга, сообщили о внезапной потере сигнала GPS на последних милях взлетной полосы. Из-за этого им пришлось посадить самолет по правилам визуального полета (Visual flight rules, VFR). Это был один из первых громких кейсов, продемонстрировавший потенциальную угрозу не только для авиации, но и относительно доверия к навигационным системам в целом. И подобные проблемы в работе GPS позже фиксировались еще десятки раз в разных аэропортах мира. Пилотам доводилось корректировать скорость и кружить вокруг аэропорта, что угрожало утратой управления. Этого как раз чудом избежал пилот самолета, который должен был приземлиться в Айдахо, и лишь благодаря молниеносной реакции авиадиспетчера не врезался в гору. Неизвестно, были ли все эти инциденты следствием злонамеренного вмешательства в работу GPS, однако уже тогда стала явно заметна высокая уязвимость этой системы. Причем не столько для авиации, ведь управлять самолетом и посадить его можно и без GPS, сколько для других жизненно важных секторов.

В 2019 году BBC опубликовала результаты расследования, где осветила использование поддельных GPS-сигналов в районах, которые посещал владимир путин. За год наблюдений аналитики Центра передовой обороны (Centre for Advanced Defence, C4ADS) зафиксировали около 10 000 случаев подмены GPS-сигналов, к которым, вероятно, имеет отношение россия. Инциденты затронули навигацию морских судов и вызвали проблемы с навигацией в аэропортах. 

Итак, россия стала одной из первых стран, использующих подмену GPS-сигналов для продвижения своих геополитических интересов. Похожие мотивы могут быть и у Китая — его навигационная спутниковая система BeiDou, по-видимому, начала имитировать сигналы американской GPS и европейской Galileo. Это заподозрили в радионавигационной лаборатории Техасского университета и позже подтвердили исследователи из Немецкого аэрокосмического центра (German Aerospace Center). Хотя зафиксированные случаи подмены сигнала не связаны с вредоносной деятельностью, способность имитировать сигналы чужих спутников делает BeiDou реальной угрозой для национальной безопасности США и других стран.

Глушение и спуфинг — основные причины нарушения работы GPS

В последних двух кейсах шла речь о подмене «правильных» сигналов GPS поддельными, имитирующими их с высокой точностью. Это и есть спуфинг. Так называют вредоносную технику и форму кибератаки, позволяющую искажать реальное местоположение объекта. Для этого воссоздают (копируют) сигналы с нескольких спутников и передают их с Земли. А поскольку поддельные сигналы сильнее настоящих, первые легко вытесняют вторые. В зависимости от масштаба операции используется как сложное дорогостоящее оборудование, поддерживаемое командами специалистов, так и относительно доступное — вроде портативных программно определяемых радиосистем (Software-defined radio, SDR). Наибольшую опасность они представляют для беспилотников и автономных систем, где даже незначительное смещение координат может привести к катастрофическим последствиям.

Спуфинг GPS еще не причинил большого ущерба, но количество зафиксированных инцидентов растет с опасной скоростью. Имея достаточно ресурсов для сложных атак, с помощью спуфинга можно захватить морское судно, перенаправить самолет по другому маршруту, украсть дорогое оборудование со строительных площадок и просто устроить транспортный коллапс в любой точке мира с интенсивным автомобильным трафиком. 

В последнее время фиксируется гораздо больше случаев спуфинга в зонах геополитической напряженности. Например, в декабре 2024 года авиационный консультативный орган OPSGROUP отметил частое применение этой технологии на Ближнем Востоке, включая Ирак, Иран и Израиль, а также в Черном море, где она сильнее всего повлияла на частные и коммерческие авиарейсы. В странах Балтии проблема обострилась после полномасштабного вторжения россии в Украину. В зонах боевых действий спуфинг преимущественно используется для того, чтобы помешать самолетам и БПЛА достигать своих целей. И некоторые эксперты называют это влияние потенциально более разрушительным, чем глушение сигнала GPS.

Глушение, в отличие от спуфинга, не требует подмены сигналов GPS — здесь достаточно подавить работу приемника передачи данных и сделать его бесполезным. Подавляют сигналы GPS передающие устройства, блокирующие или создающие помехи для радиосвязи. Хотя глушение сигнала может быть и случайным, в большинстве случаев речь идет именно о преднамеренном вмешательстве. 

Глушение распространено больше, но его можно точно идентифицировать, в то время как выявить спуфинг не всегда реально, что и приводит к проблемам. Весной 2024 года Эстония обвинила россию в глушении GPS над странами Балтии, и сообщила, что авиакомпании уже несколько месяцев сталкиваются с проблемами навигации. Ранее по этой же причине авиакомпания Finnair временно прекратила полеты в город Тарту, что в 170 км от эстонско-российской границы. Тогда в Эстонской аэронавигационной службе зафиксировали более 600 опасных инцидентов в течение месяца.

Как и спуфинг, глушение GPS представляет угрозу для гражданской и военной авиации — в частности для самолетов, использующих технологию ADS-B для определения местоположения приемника. Эту информацию они передают через транспондер на наземные станции и другим самолетам. Потенциальные риски аварий растут, если рейс совершается в плохую погоду или в районе с интенсивным движением. Также увеличивается вероятность отклонения от курса морских судов и задержки в цепочках поставок, а в приграничных районах злоумышленники могут глушить GPS-сигналы для контрабанды товаров или чтобы укрыться от правоохранительных органов. Плюс глушение могут сочетать с другими видами кибератак на критическую инфраструктуру с целью нанесения как можно большего ущерба. 

Как решить проблемы глушения и спуфинга GPS

Об уязвимости GPS давно известно. Так, этот вопрос еще в 1995 году поднимало Министерство обороны США. Тогда организация MITRE, которая занимается безопасностью национальной обороны, полетов, финансовых, медицинских и других систем, подготовила документ под названием «Методы противодействия спуфингу GPS». Увы, долгое время эти рекомендации воспринимались формально, а спуфинг не вызывал серьезных опасений. 

Все изменилось с развитием технологий и появлением доступных радиосистем SDR, с которыми имитировать сигналы GPS можно даже без глубокой экспертизы и значительных ресурсов. Хотя на примере кейсов россии и Китая мы видим, скорее, обратное: не любители, а крупные тоталитарные государства, предположительно, занимаются подделкой сигналов.

Изобретено довольно много методов обнаружения спуфинга, хотя большинство из них теоретические или же не получили широкого распространения. Самым простым и недорогим в реализации считается алгоритм мониторинга дрейфа параметров, когда отслеживаются аномальные изменения в характеристиках GPS-сигнала (SNR, координаты, временная метка, 1PPS), что указывает на наличие ложных сигналов. В военном секторе эффективна криптография: спутниковые коды шифруются и дешифруются с помощью ключа. Но гражданскому сегменту пользователей этот метод не подходит — их слишком много, поэтому ключ не будет полноценной защитой. Другие подходы включают сравнение данных из различных навигационных систем (например, GPS с ГЛОНАСС или Wi-Fi) либо использование нескольких антенн, так как злоумышленнику трудно имитировать точные сигналы для всех сразу. Более сложные методы анализируют искажения сигнала или определяют направление, откуда он исходит, но они часто требуют дорогостоящего оборудования. При этом ни один метод сам по себе не идеален, поэтому лучшей защитой считается комбинация нескольких подходов.

Если говорить о глушении сигналов GPS, то и здесь есть способы смягчить последствия. Анализаторы спектра и специальное ПО отслеживают радиочастотные помехи и аномалии с изменением мощности, которые могут повлиять на работу глобальной системы позиционирования. Помехоустойчивые антенны с контролируемой направленностью приема (Controlled Reception Pattern Antenna, CRPA) отфильтровывают помехи и позволяют поддерживать более точное позиционирование. Также существуют мультисенсорные навигационные системы, объединяющие GPS с другими методами навигации, например, инерциальными навигационными системами или астронавигацией, основанной на использовании электромагнитного излучения астрономических объектов. Среди альтернативных систем навигации стоит вспомнить eLoran, которую разработали Военно-морские силы США (United States Navy, USN) — она полагается на низкочастотные радиоволны. Но пока в США инфраструктуру для нее демонтируют, решения на базе eLoran разрабатывают в россии, Китае и Иране.

В последнее время появились решения, которые с привлечением искусственного интеллекта и машинного обучения помогают выявлять факты влияния на систему GPS. Если глушение легко определить по пропаже или ослаблению сигнала, то со спуфингом иная ситуация, поскольку приемник продолжает получать сигналы, пускай и фальшивые. В январе 2025 года компания Slingshot Aerospace заслужила грант в размере $1,9 млн от Космических сил США на развитие системы обнаружения и прогнозирования помех, а также спуфинга GPS. Это решение базируется на искусственном интеллекте для отслеживания спутников, координации космического движения, моделировании и имитации космической среды. Похожие системы разрабатывают DARPA, RNT Foundation, GPSPatron и MIT Lincoln Lab. 

В ООН предупреждают, что растущее количество инцидентов, связанных со спуфингом или глушением GPS, угрожает безопасности авиации, морскому судоходству и телекоммуникационной инфраструктуре. Как альтернативу здесь предлагают усиливать координацию между гражданским и оборонным сегментами, улучшать мониторинг и развивать резервную навигационную инфраструктуру, в том числе наземную, так как темпы масштабирования проблемы уж слишком высоки. В OPS Group подчеркнули, что лишь за последние три года количество фактов спуфинга, затронувших авиацию, выросло на 400%. А Космическое агентство Великобритании подсчитало, что нарушение работы спутниковой системы Global Navigation Satellite System (GNSS), в которую, помимо GPS, входят китайская BeiDou, европейская Galileo и российская ГЛОНАСС, может нанести прямых убытков на $9,8 млрд всего за одну неделю. Похоже, пора отвыкать от того, что GPS работает стабильно по умолчанию. И, как минимум, разрабатывать и поддерживать альтернативы, координировать усилия и искать новые способы защиты глобальных навигационных систем.