ГЛОНАСС и защищённость GPS

GPSSatВ комментарии к цитате про ГЛОНАСС пишут, что, мол, точность работы в схеме GPS+ГЛОНАСС зависит от алгоритмов и стабильности сигналов ГЛОНАСС, так что необязательно на практике двойная система работает лучше. Это верное замечание.

Вообще, почти два года назад я упоминал о том, что лучшая помеха GPS – это интеллектуальная помеха с орбиты, транслируемая соответствующим спутником.

В большинстве своём приёмники GPS, особенно гражданские, они довольно “глупые” (в компьютерном смысле). Поясню. Существуют наземные комплексы – имитаторы сигналов GPS. С помощью таких комплексов удавалось на практике обманывать разнообразные системы безопасности, типа автомобильных устройств слежения. Этим системам подсовывали ложный сигнал GPS, который “был как настоящий”. Эффект, думаю, понятен: условно говоря, система слежения думает, что оборудованный этой системой грузовик, нагруженный ценностями, движется по дороге, в соответствии с маршрутом (и эти данные передаёт в “центр, на пульт”); на самом деле – грузовик давно стоит на обочине, на несколько километров в стороне от маршрута.

Такая помеха – она гораздо опаснее простого аналога, который, предположим, лишь забивает несущую частоту сигнала. Ведь простую помеху может обнаружить даже самый “глупый” приёмник. Потеряв сигнал GPS, такой приёмник поднимет, например, тревогу. А вот интеллектуальный уводящий сигнал определить гораздо сложнее. Это проблема. А если уводящий сигнал передаётся со спутника, то проблема ещё более усугубляется.

Корень неприятностей тут в том, что сигнал GPS не удостоверяется. Приемник должен верить тому, что слышит из эфира. Да, особо продвинутый приёмник может для проверки использовать данные от дополнительных навигационных систем и сенсоров, вычисляя физически невозможные ситуации – типа, грузовик движется с ускорением, а GPS передаёт, что координаты вообще не меняются (ну или ускорение там вычисляется другое). Но это всё полумеры, общую практическую ситуацию с GPS улучшающие слабо. (Положение дел, по понятным “общетеоретическим причинам”, сильно напоминает DNS и DNSSEC.)

Конечно, разработчики GPS давно в курсе проблем с аутентификацией сигнала системы на стороне приёмника. И как раз сейчас проводится обновление протоколов и отправка новых спутников на орбиту. Новые спутники будут генерировать сигнал по новым алгоритмам, содержащим некое подобие цифровой подписи. Конечно, актуально это прежде всего для военных применений GPS Штатами. Правильная схема использования GPS включает в себя механизмы распределения ключей (секретных, понятно): ключи загружаются в военные GPS-приёмники и позволяют последним выполнять аутентификацию принимаемых сигналов, эффективно обнаруживая и отсеивая не только примитивные пассивные помехи (с ними вообще проще), но и интеллектуальные активные “ложные сигналы”.

()

Похожие записки:



Далее - мнения и дискуссии

(Сообщения ниже добавляются читателями сайта, через форму, расположенную в конце страницы.)

Комментарии читателей блога: 48

  • 1. 14th October 2009, 22:13 // Читатель Vladimir Dyuzhev написал:

    А вот интересно — нет ли в “неофициальной” части функциональности спутников ГЛОНАСС возможности вещать в стандарте GPS всякую чепуху? Наверное, нет — если такая необходимость возникла, значит мы ведем войну со Штатами, а военные проверяют подпись сигнала…

  • 2. 14th October 2009, 22:31 // Александр Венедюхин ответил:

    Ну так им сперва нужно широко внедрить подписи.

  • 3. 15th October 2009, 02:10 // Читатель Jeff Zanooda написал:

    А зачем распределять секретные ключи? Вроде секретный ключ должен использоваться передатчиком для подписи сигнала, а приёмнику для проверки оной подписи нужен ключ открытый.

  • 4. 15th October 2009, 09:06 // Читатель dign написал:

    Ключи скорее всего будут временными. Поэтому должна будет организована система распространения новых ключей.
    В итоге новыми возможностями GPS будут пользоваться даже не все военные.

  • 5. 15th October 2009, 09:59 // Читатель sarin написал:

    Александр, а что Вы думаете о таком варианте постановки помех:

    в нужном месте ставится приёмник сигнала GPS. приемник ретранслирует сигнал на передатчик который уже и ставит активную помеху снова ретранслируя сигнал который, понятное дело, был принят в другом месте и там где ставится помеха не актуален.

    использование цифровой подписи тут вроде не поможет, ведь помеха будет подписана вполне правильно.

  • 6. 15th October 2009, 10:35 // Читатель dign написал:

    >…приемник ретранслирует сигнал…
    Не имея закрытого ключа нельзя будет добавить правильную подпись в конце сигнала. Открытым ключом можно только проверить корректность этой подписи.

  • 7. 15th October 2009, 15:22 // Читатель sarin написал:

    так если мы ретранслируем, то сигнал уже подписан и добавлять ничего не нужно.

  • 8. 15th October 2009, 16:27 // Александр Венедюхин ответил:

    Александр, а что Вы думаете о таком варианте постановки помех:

    Возникнет рассогласование по времени. Но, вообще, идея очень верная.

  • 9. 15th October 2009, 16:28 // Александр Венедюхин ответил:

    Да, а секретные ключи потому, что нужно же ограничить возможности по использованию GPS, чтобы только свои могли от помех отстраиваться и координаты получать.

  • 10. 15th October 2009, 16:32 // Читатель зашел в гости написал:

    “и добавлять ничего не нужно”

    А смысл? Приемник вычисляет время, проведенное сигналом в пути, и сообразит, что к чему.

  • 11. 16th October 2009, 10:08 // Читатель sarin написал:

    я не специалист. объясните, на основании чего приёмник рассчитывает это время? мне казалось что сигнал точного времени тоже передают спутники.

  • 12. 18th October 2009, 16:38 // Читатель konst написал:

    идея “приемник-ретранслятор” не сработает не только из-за рассогласования по времени прохождения сигнала, но и из-за выбраковки в ПО приемника-пользователя “ложных спутников”. Т.е. если например из 10 спутников два дают сильно отличающиеся координаты, то они по выбраковываются.
    По-моему, такие алгоритмы реализованы. И не только у военных.

  • 13. 18th October 2009, 21:07 // Читатель kaschey написал:

    >>> Возникнет рассогласование по времени. Но, вообще, идея очень верная.

    Время не причем. Сликом уж мал этот интервал.
    Главное экранировать приемник от настоящего сигнала и подать свой (ложный). Это технически сложновато.

    А вот наличие двух (3, 4 …) “одинаковых” источников легко введет в заблуждение любой прибор. Тут-то и нужен открытый ключ. Но если спутник и приемник не были рассчитаны на протокол с открытым ключем, то их замена дело хлопотное.

    А ещё, шифрованный сигнал легко глушить. Вот разработай-ка тут надёжную систему :)

  • 14. 18th October 2009, 21:13 // Читатель kaschey написал:

    >>> Т.е. если например из 10 спутников два дают сильно отличающиеся координаты, то они по выбраковываются.

    Ну где вы такого наивного “диверсанта” найдете :) будет 92 из 100, а не 2 из 10, и все “кучки” между собой согласованы.

    И передатчик для всего этого многообразия достаточно иметь один.

  • 15. 19th October 2009, 02:48 // Читатель sashket написал:

    > А ещё, шифрованный сигнал легко глушить. Вот разработай-ка тут надёжную систему :)

    А вот интересно, сейчас идут разработки по шумоподобному сигналу или тема бесперспективна?

  • 16. 19th October 2009, 08:22 // Читатель arcman написал:

    > А вот интересно, сейчас идут разработки по шумоподобному сигналу или тема бесперспективна?

    И не прекращались вроде.
    LPI это в том числе и шумоподобный сигнал.

  • 17. 20th October 2009, 18:34 // Александр Венедюхин ответил:

    > А ещё, шифрованный сигнал легко глушить.

    А вот интересно, сейчас идут разработки по шумоподобному сигналу или тема бесперспективна?

    Кстати, это заблуждение, что “шифрованный сигнал” легко глушить. Лёгкость/сложность глушения определяется кодированием, модуляцией. Шифрованный сигнал передаётся или нет – не имеет особого значения с точки зрения постановки помех.

    (Про время, межу прочим, тоже заблуждение: использование GPS вообще основано на очень точном измерении заданных временных промежутков.)

  • 18. 21st October 2009, 10:29 // Читатель sarin написал:

    во, кстати ещё вариант как помеху можно поставить. нужно создать очень большую массу на пути следования сигнала или рядом с приёмником. это вызовет искривление пространства-времени и, таким образом, измерение временных интервалов будет происходить с ошибкой.

    читал у Хоккинга что в системах спутниковой навигации учитывается различная кривизна пространства на высоте где летает спутник и у поверхности Земли и если бы эта разница не учитывалась точность определения координат не могла бы превысить несколько километров.

  • 19. 22nd October 2009, 13:50 // Читатель filin написал:

    Кроме частоного , кодового разделения существует ещё и пространственное разделение сигналов. Кто мешает на приёмнике поставить направленную антенну (например ФАР), врятли источник помехи и спутник будут в одной точке пространства.
    Такое техническое решение позволит находить не только координаты, но и ориентацию в пространстве, проблем с отражёнными сигналами будет меньше.

  • 20. 22nd October 2009, 15:29 // Читатель зашел в гости написал:

    “Кто мешает на приёмнике поставить направленную антенну”

    Расположение спутников до момента приема сигнала неизвестно. Какие-то из них могут находиться у вас над головой, какие-то – над горизонтом. Куда направлять антенну?

  • 21. 22nd October 2009, 17:08 // Александр Венедюхин ответил:

    Да нет, как раз известно где приблизительно могут быть спутники: данные об их движении есть у приёмника, а для определения времени и возможных районов нахождения приёмника – не нужно видеть сразу много спутников. Направленная антенна – это тоже разумное предложение.

  • 22. 22nd October 2009, 17:28 // Читатель зашел в гости написал:

    “данные об их движении есть у приёмника”

    Не совсем вас понимаю. Расположение спутника на орбите (высота, азимут) определяется относительно наблюдателя (т.е. в 15:00 спутник N3 находится над Москвой). Если расположение приемника неизвестно (сменили батарейку, и он не знает даже на каком он континенте), то в каккой части неба искать спутник? Куда направлять антенну?

  • 23. 22nd October 2009, 17:57 // Александр Венедюхин ответил:

    Ну там в приёмнике записано расписание движения всех спутников.

  • 24. 22nd October 2009, 18:06 // Читатель зашел в гости написал:

    Хорошо, допустим, известно, что в 15:00 спутник N4 будет находиться строго над Казанью. Чтобы поймать его сигнал направленной антенной из Москвы, эту антенну нужно направлять на восток. Из Челябинска – на запад, а из Сыктывкара – на юг! В момент включения приемник не знает где он находится: в Москве или в Сыктывкаре. Куда он должен направлять антенну в 15:00?

  • 25. 22nd October 2009, 18:08 // Александр Венедюхин ответил:

    Ну куда-то вверх. Нужен не конкретный спутник, а первый “с неба”, за который можно “зацепиться”.

  • 26. 22nd October 2009, 18:17 // Читатель зашел в гости написал:

    Нужен не конкретный спутник, а первый ?с неба?

    А как тогда отсеиьвать ложные сигналы? Как определить подлинность самого первого пойманного сигнала? По-моему, расположение источника сигнала “в небе” еще ни о чем не говорит: ложный сигнал может передаваться с вышки, горы или самолета, а ждать, когда NAVSTAR-овский спутник пройдет строго у вас над головой можно очень долго…

  • 27. 22nd October 2009, 18:19 // Александр Венедюхин ответил:

    Ну вот для этого и нужен подписанный сигнал, чтобы знать, какой спутник свой. Об этом и речь.

  • 28. 22nd October 2009, 18:20 // Александр Венедюхин ответил:

    И про то, что лучшая помеха – с орбиты, также написано в самом начале.

  • 29. 22nd October 2009, 18:48 // Читатель зашел в гости написал:

    С этим я не спорю. Просто пытаюсь показать, что простая направленная антенна проблемы отсеивания ложных сигналов не решит.
    Для устойчивой работы GPS необходим сложнейший комплекс мер, включающий секретные ключи, отсеивание сигналов по определенным признакам (подозрительно долгое время в пути, долго не меняющееся направление источника, сила сигнала не соответствующая данной орбите, и т.д.), и еще разные хитрости, о существовании которых я не подозреваю.

  • 30. 22nd October 2009, 19:44 // Александр Венедюхин ответил:

    Полностью проблему такая антенна не решит, но с решением поможет.

  • 31. 22nd October 2009, 21:08 // Читатель kaschey написал:

    >>> Полностью проблему такая антенна не решит, но с решением поможет.

    А такскать вы эту антену Александр на себе хотите или трактор возьмете?

  • 32. 22nd October 2009, 21:18 // Читатель зашел в гости написал:

    “А такскать вы эту антену Александр на себе хотите”

    Почему вы решили что направляющих антенн малого размера не бывает?

  • 33. 22nd October 2009, 21:36 // Александр Венедюхин ответил:

    Ну некоторые думают, что это обязательно такая тарелка, диаметром два метра минимум.

  • 34. 23rd October 2009, 08:52 // Читатель arcman написал:

    с направленной антенной много геморроя будет
    её либо на гиростабилизированной платформе ставить придётся, либо обкладывать датчиками перемещения в пространстве

    а ещё она должна быть многолучевая

    кстати:
    “Конструкторское бюро ?Навис?, один из лидеров среди отечественных производителей оборудования, работающих с национальной спутниковой навигационной системой ГЛОНАСС, в рамках выставки ChipEXPO-2009 представило две модели ГЛОНАСС/GPS/GALILEO/COMPASS-приемников нового поколения ? серия NV08C. Одна из них – NV08C-MCM-M ? представляет собой чип с характеристиками предельно близкими к GPS-аналогам.

    NV08C-MCM-M ? первый полнофункциональный чип-приемник отечественной разработки с поддержкой ГЛОНАСС, который не требует установки дополнительных компонентов для включения, кроме антенны и подачи питания.

    http://www.ixbt.com/news/market/index.shtml?12/53/40

  • 35. 23rd October 2009, 09:31 // Читатель sarin написал:

    я полагаю задачи ввести в заблуждение приёмник настолько, что он перепутает континенты не стоит. а то прям апокалиптичная картина рисуется: армия не знает, находится она в Африке или в Европе :)

    искажение данных GPS не то что на несколько километров, на сотню метров, создаст для армии которая его использует широко крайне серьёзные проблемы. я точно цифр не помню, но точно помню что повышение точности оружия в два раза повышает его эффективность значительно сильнее, чем аналогичное повышение мощности. соответственно если помеха позволит увеличить КВО высокоточного оружия в два раза это уже достойный результат.

    А с учётом возрастающей роли GPS результат будет просто превосходный.
    Ведь США уже испытывают артиллерийские снаряды с GPS, скоро видать и танковые появятся :)

  • 36. 23rd October 2009, 17:34 // Читатель зашел в гости написал:

    “уже испытывают артиллерийские снаряды”

    Уже модернизируют. А также разрабатывают “умный” взрыватель/GPS-приемник, ввинчивающийся в обыкновенные 155мм снаряды, добавляя им “ума”. Затем, GPS-управляемые минометные боеприпасы, авиабомбы, крылатые и баллистические ракеты, системы разведки и целеуказания, контрбатарейные радары и т.д. и т.п. Длиннющий список технологий, полагающихся на GPS лишь подчеркивает огромное значение борьбы с GPS для противников США, а для самих США – важность защиты этой системы от помех.

  • 37. 23rd October 2009, 22:07 // Читатель sashket написал:

    > А также разрабатывают ?умный? взрыватель/GPS-приемник, ввинчивающийся в обыкновенные 155мм снаряды, добавляя им ?ума?.

    А в чём “ум” снаряда проявляется?

  • 38. 23rd October 2009, 22:28 // Читатель kaschey написал:

    >>> Почему вы решили что направляющих антенн малого размера не бывает?
    >>> Ну некоторые думают, что это обязательно такая тарелка, диаметром два метра минимум.

    Вряд-ли она 2 миллиметра. И GPS приемник с такой “довеской” уже малопригоден. Как спорткар с паровым котлом, да на дровах.

  • 39. 23rd October 2009, 22:49 // Читатель arcman написал:

    > А также разрабатывают ?умный? взрыватель/GPS-приемник, ввинчивающийся в обыкновенные 155мм снаряды, добавляя им ?ума?.

    Надо понимать, что в данном случае можно будет управлять лишь временем подрыва.

    Для аналогичных целей есть радиовзрыватели и взрыватели с таймером (вовсе не обязательно ставить GPS на снаряд, т.к. зная координаты орудия и цели, можно легко вычислить нужный момент подрыва)

  • 40. 23rd October 2009, 23:08 // Читатель зашел в гости написал:

    “А в чём ?ум? снаряда проявляется?”

    Любой НАТОвский 155мм артиллерийский снаряд можно быстро и (относительно)дешево сделать управляемым по типу М982 “Excalibur”. Тот же принцип, что и у комплектов JDAM.

  • 41. 23rd October 2009, 23:14 // Читатель зашел в гости написал:

    “можно будет управлять лишь временем подрыва”

    Нет, у прибора (PGK – Precision Guidance Kit) есть маленькие крылышки, позволяющие корректировать траекторию полета снаряда. Вот информация с сайта разработчика:
    http://www.atk.com/Customer_Solutions_MissionSystems/cs_ms_w_gp_pgk.asp

  • 42. 24th October 2009, 01:16 // Читатель sashket написал:

    > Любой НАТОвский 155мм артиллерийский снаряд можно быстро и (относительно)дешево сделать управляемым по типу М982 ?Excalibur?. Тот же принцип, что и у комплектов JDAM.

    Ой ли? Снаряд – не бомба. На бомбу в полёте действует только аэродинамическое сопротивление. А снаряд при выстреле испытывает колоссальные перегрузки, давление и температуру.

  • 43. 25th October 2009, 01:56 // Читатель (зашел в гости) написал:

    “Ой ли?”

    Управляемые артиллерийские снаряды – это факт. Российские – “Китолов”, “Краснополь”, американские – Copperhead, Excalibur. Да, перегрузки 12,000(!)G, но эту проблему решили. Просто американцы двигают эту идею еще дальше, модернизируя уже сущеструющие запасы снарядов. Вот вам и “ой”.

  • 44. 25th October 2009, 17:54 // Читатель sashket написал:

    Зашел в гости, вы не путайте управляемые и корректируемые боеприпасы. “Китолов” – это корректируемый снаряд, “Краснополь” – управляемый. У него в корпусе находятся выдвижные управляющие элементы, которые рассчитаны на высокие перегрузки. И никакой дополнительной навеской, как на бомбах, из обычного снаряда управляемый не сделать. Преимущество именно управляемого снаряда в том, что он может маневрировать и подбивать даже движущиеся цели. А в корректируемом боеприпасе происходит всего-лишь корректировка его траектории на финальном участке, что значительно уменьшает КВО. На сайте по вашей ссылке, как я понял, из обычных снарядов делают как раз корректируемые, но не управляемые. Кстати, я не понял, за счёт чего там происходит коррекция?

  • 45. 25th October 2009, 22:32 // Читатель (зашел в гости) написал:

    sashket,

    Не путаю.
    Начнем с того, что и Китолов и Краснополь наводятся лучем лазера. Что же делает один снаряд управляемым, а другой – корректируемым?
    Затем, снаряд не ракета и изменать траекторию он может лишь самую малость. Краснополь, например, работает по целям, движущимся не быстрее 36км/ч. Разница между Excalibur и Краснополь в том, что один получает координаты цели до выстрела, а второй “ищет” отражение лазерного указателя уже на подлете к цели. Управление полетом на подходе к цели у обоих снарядов одинаковое – с помощью выдвижных “крылышек”. Если конструкторы создали интегрированную лазерную ГСН, что мешает им сделать такую же “насадку” для старых снарядов?

  • 46. 25th October 2009, 22:36 // Читатель (зашел в гости) написал:

    sashket,

    забыл ответить на ваш вопрос о PGK. Там на этом приборе маленькие неубирающиеся крылышки, которые поворачиваются по команде от GPS-приемника. Та же тема, что у снаряда Excalibur, только ГСН не интегрирована в снаряд, а может добавляться к старым боеприпасам.

  • 47. 27th October 2009, 13:30 // Читатель sarin написал:

    кстати тут вычитал что ГЛОНАСС-К будет испускать сигнал “совместимый с GPS”. я не очень понял что это значит. что ГЛОНАСС будет использовать CDMA, или что будут использоваться те-же частоты.

    уж не собираются ли внедрить функционал глушения в ГЛОНАСС-К?

  • 48. 20th August 2010, 15:13 // Читатель CheckiSt написал:

    К вопросу об “обмане” GPS: в длинных (500-2000 м) тоннелях северной Италии, проложенных насквозь через горы автомобильный GPS-приёмник не теряет сигнал, а продолжает “исправно” отображать информацию о перемещении по дороге.
    С учётом того, что в трёхсотметровом неглубоком тоннеле под Таганской площадью сигнал пропадает через несколько метров после въезда, иначе как интеллектуальным обманом GPS я это объяснить не могу.