Загроза для GPS: глушіння і спуфінг як основні джерела проблем у роботі глобальної навігаційної системи

Спочатку створена для військових цілей, система геопозиціонування GPS зіштовхнулася з великими проблемами саме на тлі чергового глобального конфлікту. Усе через дедалі частіші випадки глушіння сигналу, спуфінгу й кібератак, що порушують роботу GPS. Основна небезпека — в ефекті доміно: перебої у навігації згубно впливають на цивільний і військовий транспорт, енергетичні мережі та інші системи, які залежать від геолокації і точного супутникового часу. Навіть не кажучи про те, що безлічі людей загрожує дезорієнтація: не тільки в містах, а й у морі, небі, космосі та інших віддалених місцях.

Наслідки перешкоджання роботі GPS уже активно обговорюють в ООН, Агентстві з кібербезпеки та безпеки інфраструктури, у міністерствах оборони США та інших країн. Наскільки реальні негативні сценарії і як запобігти атакам, спуфінгу та глушінню супутникових сигналів GPS на поточному етапі — наша стаття.

Порушення роботи GPS загрожує нацбезпеці й не тільки

Сьогодні функціонування GPS забезпечують: сузір’я з 31 супутника Navstar, пункт управління на Землі й величезний користувацький сегмент, який, за даними Statista, досягне 10,6 млрд до 2031 року. Останній охоплює як спеціалізовані військові, корабельні та авіаційні приймачі, так і цивільні автомобільні навігатори, смартфони, розумні годинники і просто трекери, які можна кріпити куди завгодно.GPS належить Космічним силам США (United States Space Force, USSF), які підпорядковуються Міністерству оборони США. Але користуватися системою можуть і цивільні. Це стало можливим 1988 року, після того як за п’ять років до того на території СРСР помилково збили цивільний літак Корейських авіаліній. Однак певна військова спеціалізація у GPS усе-таки залишилася: спеціальні коди PRN представники оборонного сектора отримують у зашифрованому вигляді, щоб захистити чутливу інформацію від третіх осіб.

Сигнали GPS мають вирішальне значення у навігації літаків, морських суден, транспортних засобів гуманітарної допомоги, а також для екстрених служб, фінансових транзакцій, сільського господарства і телекомунікаційних мереж. Робота електромереж теж залежить від GPS: постійна синхронізація часу й частоти дає змогу керувати генерацією, розподіляти подачу електроенергії та координувати роботу безлічі енергетичних об’єктів. Також систему навігації використовують для визначення сейсмічної активності та епіцентру землетрусу — приймачі GPS першими вловлюють зміну частоти руху земної кори, що зазвичай попереджає про наближення землетрусу.

GPS необхідний і учасникам космічних місій: для встановлення часу й місця розташування, визначення траєкторій орбіт і космічних кораблів, дистанційного зондування Землі й небесних тіл, автономної роботи апаратів та інших завдань. Якщо в майбутніх місіях на Місяць американські астронавти висадяться в районі південного полюсу в пошуках води, практично весь час їм доведеться працювати в умовах нестачі сонячного світла. У цьому разі навігація полегшить посадку й орієнтацію, а система точного часу, про яку йтиметься далі, дасть змогу вибрати сприятливий момент для наукових експериментів.

На борту кожного супутника GPS розміщено високоточний атомний годинник, що передає час синхронно (з мінімальною затримкою) з UTC. Як сказав Едвард Паверс, старший інженер в The Aerospace Corporation, “GPS не може працювати без точного часу, і вона забезпечує точний час для всіх у світі”. За його словами, від стабільної роботи GPS залежать щонайменше 16 критично важливих секторів економіки США. Тобто глобальна система позиціонування стала однією з несучих стін у нашому технологічному, і значною мірою — цифровому світі. Очікувано, це зробило її важливою для окремих груп зловмисників і цілих держав, переважно авторитарних, які прагнуть зашкодити її нормальній роботі.

2016 року пілоти рейсу Cathay Pacific Flight 905, що прямував з Гонконгу, повідомили про раптову втрату сигналу GPS на останніх милях злітної смуги. Через це їм довелося посадити літак за правилами візуального польоту (Visual flight rules, VFR). Це був один із перших гучних кейсів, який продемонстрував потенційну загрозу не тільки для авіації, а й щодо довіри до навігаційних систем загалом. І подібні проблеми в роботі GPS пізніше фіксувалися ще десятки разів у різних аеропортах світу. Пілотам доводилося коригувати швидкість і кружляти навколо аеропорту, що загрожувало втратою керування. Цього якраз дивом уникнув пілот літака, який мав приземлитися в Айдахо, і лише завдяки блискавичній реакції авіадиспетчера не врізався в гору. Невідомо, чи були всі ці інциденти наслідком зловмисного втручання в роботу GPS, проте вже тоді стала явно помітною висока вразливість цієї системи. Причому не стільки для авіації, адже керувати літаком і посадити його можна й без GPS, скільки для інших життєво важливих секторів.

У 2019 році BBC опублікувала результати розслідування, де висвітлила використання підроблених GPS-сигналів у районах, які відвідував владімір путін. За рік спостережень аналітики Центру передової оборони (Centre for Advanced Defence, C4ADS) зафіксували близько 10 000 випадків підміни GPS-сигналів, до яких, імовірно, має стосунок росія. Інциденти торкнулися навігації морських суден та викликали проблеми з навігацією в аеропортах.

Отже, росія стала однією з перших країн, які використовують заміну GPS-сигналів для просування своїх геополітичних інтересів. Схожі мотиви можуть бути й у Китаю — його навігаційна супутникова система BeiDou, здається, почала імітувати сигнали американської GPS та європейської Galileo. Це запідозрили у радіонавігаційній лабораторії Техаського університету та пізніше підтвердили дослідники з Німецького аерокосмічного центру (German Aerospace Center). Хоча зафіксовані випадки підміни сигналу не пов’язані зі шкідливою діяльністю, здатність імітувати сигнали чужих супутників робить BeiDou реальною загрозою для національної безпеки США та інших країн.

Глушіння та спуфінг — основні причини порушення роботи GPS

В останніх двох кейсах йшлося про підміну “правильних” сигналів GPS підробленими, що імітують їх із високою точністю. Це й є спуфінг. Так називають шкідливу техніку і форму кібератаки, що дає змогу спотворювати реальне місце розташування об’єкта. Для цього відтворюють (копіюють) сигнали з кількох супутників і передають їх із Землі. А оскільки підроблені сигнали сильніші за справжні, перші легко витісняють другі.

Залежно від масштабу операції застосовується як складне дороге обладнання, що підтримується командами фахівців, так і відносно доступне — на кшталт портативних програмно визначуваних радіосистем (Software-defined radio, SDR). Найбільшу небезпеку вони становлять для безпілотників та автономних систем, де навіть незначне зміщення координат може призвести до катастрофічних наслідків.

Спуфінг GPS ще не завдав великої шкоди, але кількість зафіксованих інцидентів зростає небезпечно швидко. Маючи достатньо ресурсів для складних атак, за допомогою спуфінгу можна захопити морське судно, перенаправити літак іншим маршрутом, вкрасти дороге обладнання з будівельних майданчиків і просто влаштувати транспортний колапс у будь-якій точці світу з інтенсивним автомобільним трафіком.

Останнім часом фіксується набагато більше випадків спуфінгу в зонах геополітичної напруженості. Наприклад, у грудні 2024 року авіаційний консультативний орган OPSGROUP відмітив часте застосування цієї технології на Близькому Сході, включно з Іраком, Іраном та Ізраїлем, а також у Чорному морі, де вона найсильніше вплинула на приватні й комерційні авіарейси. У країнах Балтії проблема загострилася після повномасштабного вторгнення росії в Україну. У зонах бойових дій спуфінг переважно застосовується, щоб перешкодити літакам і БПЛА досягати своїх цілей. І деякі експерти називають цей вплив потенційно більш руйнівним за глушіння сигналу GPS.

Глушіння, на відміну від спуфінгу, не вимагає підміни сигналів GPS — тут достатньо придушити роботу приймача передачі даних і зробити його неефективним. Пригнічують сигнали GPS передавальні пристрої, що блокують або створюють перешкоди для радіозв’язку. Хоча глушіння сигналу може бути й випадковим, у більшості випадків йдеться саме про навмисне втручання.

Глушіння поширене більше, але його можна точно ідентифікувати, тоді як виявити спуфінг не завжди реально, що й призводить до проблем. Навесні 2024 року Естонія звинуватила росію в глушінні GPS над країнами Балтії, і повідомила, що авіакомпанії уже кілька місяців стикаються з проблемами навігації. Раніше з цієї ж причини авіакомпанія Finnair тимчасово припинила польоти в місто Тарту, що за 170 км від естонсько-російського кордону. Тоді в Естонській аеронавігаційній службі зафіксували понад 600 небезпечних інцидентів упродовж місяця.

Як і спуфінг, глушіння GPS становить загрозу для цивільної і військової авіації — зокрема для літаків, що застосовують технологію ADS-B для визначення місця розташування приймача. Цю інформацію вони передають через транспондер на наземні станції та іншим літакам. Потенційні ризики аварій зростають, якщо рейс відбувається в погану погоду або в районі з інтенсивним рухом. Також збільшується ймовірність відхилення від курсу морських суден і затримки в ланцюгах поставок, а в прикордонних районах зловмисники можуть глушити GPS-сигнали задля контрабанди товарів або щоб сховатися від правоохоронних органів. Плюс глушіння можуть поєднувати з іншими видами кібератак на критичну інфраструктуру з метою завдання якомога більшої шкоди.

Як вирішити проблеми глушіння та спуфінгу GPS

Про вразливість GPS давно відомо. Так, це питання ще 1995 року порушувало Міністерство оборони США. Тоді організація MITRE, яка займається безпекою національної оборони, польотів, фінансових, медичних та інших систем, підготувала документ під назвою “Методи протидії спуфінгу GPS”. На жаль, тривалий час ці рекомендації сприймали формально, а спуфінг не викликав серйозного занепокоєння. 

Усе змінилося з розвитком технологій і появою доступних радіосистем SDR, з якими імітувати сигнали GPS можна навіть без глибокої експертизи і значних ресурсів. Хоча на прикладі кейсів росії і Китаю ми бачимо, радше, зворотне: не аматори, а великі тоталітарні держави, вірогідно, займаються підробленням сигналів.

Винайдено досить багато методів виявлення спуфінгу, хоча більшість з них теоретичні або ж не набули широкого поширення. Найпростішим і найдешевшим для реалізації вважається алгоритм моніторингу дрейфу параметрів, коли відстежують аномальні зміни в характеристиках GPS-сигналу (SNR, координати, часова мітка, 1PPS), що вказує на наявність хибних сигналів. У військовому секторі ефективна криптографія: супутникові коди шифруються і дешифруються за допомогою ключа. Але цивільному сегменту користувачів цей метод не підходить — їх занадто багато, тому ключ не буде повноцінним захистом. Інші підходи включають порівняння даних із різних навігаційних систем (наприклад, GPS з ГЛОНАСС чи Wi-Fi) або використання декількох антен, оскільки зловмиснику важко імітувати точні сигнали для всіх відразу. Складніші методи аналізують спотворення сигналу або визначають напрямок, звідки він походить, проте вони часто потребують дорогого обладнання. При цьому жоден метод сам по собі не ідеальний, тому найкращим захистом вважається комбінація декількох підходів.

Якщо говорити про глушіння сигналів GPS, то й тут є способи пом’якшити наслідки. Аналізатори спектра та спеціальне ПЗ відстежують радіочастотні перешкоди й аномалії зі зміною потужності, здатні вплинути на роботу глобальної системи позиціонування. Завадостійкі антени з контрольованою спрямованістю прийому (Controlled Reception Pattern Antenna, CRPA) відфільтровують перешкоди і допомагають підтримувати більш точне позиціонування. Також існують мультисенсорні навігаційні системи, що об’єднують GPS з іншими методами навігації, наприклад, інерційними навігаційними системами або астронавігацією, що базується на використанні електромагнітного випромінювання астрономічних об’єктів. Серед альтернативних систем навігації варто згадати eLoran, яку розробили Військово-морські сили США (United States Navy, USN) — вона покладається на низькочастотні радіохвилі. Але поки в США інфраструктуру для неї демонтують, рішення на базі eLoran розробляють у росії, Китаї та Ірані.

Останнім часом з’явилися рішення, які за допомогою штучного інтелекту та машинного навчання сприяють виявленню фактів впливу на GPS. Якщо глушіння легко визначити за зникненням або ослабленням сигналу, то зі спуфінгом інша ситуація, оскільки приймач продовжує отримувати сигнали, нехай і фальшиві. У січні 2025 року компанія Slingshot Aerospace здобула грант у розмірі $1,9 млн від Космічних сил США на розвиток системи виявлення та прогнозування перешкод, а також спуфінгу GPS. Це рішення базується на штучному інтелекті для відстеження супутників, координації космічного руху, моделюванні й імітації космічного середовища. Схожі системи розробляють DARPA, RNT Foundation, GPSPatron і MIT Lincoln Lab. 

В ООН попереджають, що зростаюча кількість інцидентів, пов’язаних зі спуфінгом або глушінням GPS, загрожує безпеці авіації, морського судноплавства та телекомунікаційної інфраструктури. Як альтернативу тут пропонують посилювати координацію між цивільним та оборонним сегментами, покращувати моніторинг і розвивати резервну навігаційну інфраструктуру, зокрема наземну, оскільки темпи масштабування проблеми аж надто високі. В OPS Group наголошують, що лише за останні три роки кількість фактів спуфінгу, що торкнулися авіації, зросла на 400%. А Космічне агентство Великої Британії підрахувало, що порушення роботи супутникової системи Global Navigation Satellite System (GNSS), в котру, окрім GPS, входять китайська BeiDou, європейська Galileo і російська ГЛОНАСС, може завдати прямих збитків на $9,8 млрд всього за тиждень. Схоже, настав час відвикати від того, що GPS працює апріорі стабільно. І, як мінімум, розробляти й підтримувати альтернативи, координувати зусилля та шукати нові способи захисту глобальних навігаційних систем.