Conocer su ubicación: las implicaciones de la medición y la interferencia de GPS

Los satélites artificiales han transformado el mundo de muchas maneras, no solo en términos de comunicación y para observar el planeta de formas antes inimaginables, sino también para permitir una navegación increíblemente precisa. El llamado sistema global de navegación por satélite (GNSS), o satnav para abreviar, utiliza los datos proporcionados por los satélites para indicar una posición en la superficie dentro de unos pocos centímetros.

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de los Estados Unidos fue el primer GNSS, con satélites lanzados en 1978, aunque solo disponible para civiles en modo de precisión degradada. Cuando el GPS de precisión total se lanzó al público bajo la administración Clinton de la década de 1990, condujo a un aumento en el uso de la navegación por satélite por parte del público, desde barcos de pesca y barcos mercantes, hasta la navegación actual que usa nada más que un teléfono inteligente con su incorporado. receptor GP. .

Aun así, hay un lado oscuro del GNSS que se extiende más allá de su uso militar de guiar misiles de crucero y afines a su objetivo. Esto se presenta en forma de bloqueo y falsificación de señales GNSS, que pueden disfrazar actividades ilegales de sistemas de monitoreo e interrumpir o desactivar los sistemas enemigos durante una guerra. Junto con otras formas de guerra electrónica (EW), las señales GNSS disruptivas forman un arma poderosa que puede desplegar tecnología de aviones no tripulados y de aviación de última generación.

Teniendo esto en cuenta, ¿qué importancia tiene la amenaza de falsificación de GNSS en particular y cuáles son las formas en que se puede detectar o contrarrestar?

Posición efímera

Posicionamiento autónomo GPS utilizando la solución de navegación por satélite (Crédito: Jan van Sickle, GPS para topógrafos)

El concepto básico de GNSS es bastante simple: los receptores terrestres escuchan las señales de los satélites que forman parte de la constelación específica de GNSS. Cada satélite GNSS cifra una recopilación de información en esta señal, que incluye la posición (efemérides) del satélite en un momento determinado, así como la hora local en el satélite cuando se envió la señal.

Tomando las señales de al menos cuatro de estos satélites y aplicando la solución de navegación por satélite, se puede determinar así la posición absoluta del receptor. Esto usa el principio de triangulación (distancia a un punto conocido) en lugar de triangulación (usando ángulos). Como se puede suponer, un posible problema aquí implica la deriva en el sentido de las agujas del reloj en el lado del receptor y los satélites. Quizás menos esperado es que la velocidad de viaje de la señal también se vea fuertemente afectada por la atmósfera, específicamente la ionosfera.

Esta parte de la atmósfera cambia de espesor y composición durante el día y se ve gravemente afectada por la exposición a la radiación solar. Como resultado, parte del mensaje del satélite GNSS contiene los parámetros de corrección atmosférica requeridos. Debido a la deriva del reloj y los cambios constantes en la composición atmosférica de la Tierra, cada constelación GNSS tiene su propio sistema de ejes. Estos generalmente consisten en una combinación de sistemas terrestres y satelitales que brindan información adicional que un receptor puede usar para ajustar la información GNSS que ha recibido.

Para usar con la navegación de aeronaves, por ejemplo, es muy común tener un sistema de oído basado en tierra (GBAS) instalado usando receptores fijos. Estos receptores GNSS luego transmiten los parámetros correctos a través del sistema de comunicación UHF del aeropuerto a la aeronave, ayudándolos a navegar a medida que se acercan o salen del aeropuerto.

Además de los propios satélites GNSS, cada constelación GNSS también tiene su propia estación de control maestra en tierra, desde la cual se carga regularmente información actualizada sobre las condiciones atmosféricas a los satélites, junto con ajustes de tiempo para compensar la desviación del reloj a bordo del satélite. . Esto demuestra que la constelación GNSS es un sistema muy dinámico que requiere actualizaciones constantes para funcionar correctamente.

Sin embargo, donde las cosas se ponen interesantes es cuando se trata de eludir este sistema, ya sea bloqueando o falsificando activamente las señales GNSS.

Guerra de mermelada

Discurso GNSS ilustrado. (Crédito: C4ADS)

El concepto de bloquear las comunicaciones de radiofrecuencia es bastante simple: simplemente transmita en las frecuencias que desea bloquear con más potencia de la que es capaz el transmisor original. Debido a que la señal GNSS es relativamente débil, es más fácil que un sistema basado en tierra bloquee esta señal. Por supuesto, debido a que la pérdida de la reparación del satélite GNSS es un problema conocido, las estrategias de respaldo para este escenario son comunes y también es muy notable debido a la pérdida de la comunicación satelital.

La suplantación de identidad es mucho más sutil que el bloqueo y también más versátil. En lugar de simplemente transmitir las transmisiones con potencia bruta, el habla GNSS sigue involucrando la superación de la señal original, pero en lugar de un ataque de servicio negativo (DoS), la parodia está más cerca de un ataque de hombre en el medio (MitM), donde un falso. las señales de satélite se presentan al receptor como señales genuinas, por supuesto con parámetros falsos que harán que el receptor calcule una posición que está lejos de donde realmente está.

En un informe de 2019 de C4ADS (Centro de Estudios Avanzados de Defensa) titulado Above Us Only Stars - Exponiendo conversaciones sobre GPS en Rusia y Siria, se informan algunas observaciones sobre dónde Rusia usó el habla GNSS, por varias razones. Un uso común e interesante parece ser la falsificación de señales GNSS para que los receptores piensen que están ubicados en un aeropuerto cercano. Presumiblemente, esto activaría los límites de geocercas en drones y similares, que luego se negarían a despegar. Esto podría ser útil durante las visitas VIP como estrategia anti-drones, por ejemplo.

Menos inofensivo es el uso militar, donde durante los recientes ejercicios rusos y de la OTAN, Noruega y Finlandia informaron fallas graves de GP. Esto ha afectado al público al limitar la capacidad de navegación de los aviones comerciales y también ha interrumpido el uso de las redes de telefonía móvil. Supuestamente, en 2011 Irán usó un discurso de GPS para engañar a un dron Lockheed Martin RQ-170 para que aterrizara en uno de sus aeropuertos, donde luego fue capturado. Del mismo modo, ahora hay muchos casos en los que el tráfico marítimo se ha visto interrumpido debido a que se proporcionaron datos GPS defectuosos al sistema de identificación automática (AIS).

Como señala el informe C4ADS de 2019, esto ha sido informado muchas veces por barcos en el Mar Negro, y también en 2019 se informó que un buque portacontenedores de EE. UU., el MV manukai - notó un comportamiento muy extraño mientras estaba en el puerto de Shanghái, China. De acuerdo con su pantalla AIS, se mostró un barco moviéndose en el mismo canal que el manukai, antes de desaparecer de la pantalla, luego aparecer en el muelle, antes de aparecer en el canal y así sucesivamente. Cuando el capitán desconcertado tomó los binoculares y buscó este barco, claramente estuvo inmóvil en el muelle todo ese tiempo.

Caza GNSS

La interferencia de GPS se puede especificar en función de este anillo de posiciones AIS falsas. Con unos 200 metros de diámetro, muchas de las posiciones en el anillo reportaron velocidades cercanas a los 31 nudos (mucho más rápido que la velocidad normal del barco) y un rumbo que giraba a la izquierda alrededor del círculo. Datos AIS cortesía de Global Fishing Watch / Orbcomm / Spire.

Lo que es engañoso acerca de la falsificación del GNSS detectada en Shanghái es que, en lugar de simplemente mover la posición calculada a un punto fijo cercano, lo que vemos cuando combinamos los datos AIS incorrectos en un mapa es que forman círculos casi perfectos. Esto se señala tanto en el artículo de MIT Technology Review como en un artículo posterior de SkyTruth.

Curiosamente, al utilizar la información de ruta anonimizada de Strava en Shanghái, se pudo observar esta misma 'falsificación circular', independientemente de la información AIS. De alguna manera parecería que los datos falsificados se actualizan constantemente, para simular que el receptor afectado se mueve y viaja en este gran círculo.

Todavía se desconoce exactamente cómo se hace esto, o por qué, y no hay actualizaciones importantes desde el informe inicial en 2019. Ya sea que la intención sea encubrir una actividad ilegal o si se debe a algún tipo de piratería cibernética o mal funcionamiento, nadie está completamente Por supuesto. . Incluso independientemente de Irán, China y Rusia, los problemas de ubicación relacionados con el GPS continúan ocurriendo.

Sin embargo, como demostró un equipo de la Universidad de Texas en Austin en 2013, que ya usaba equipos por un valor de $ 2,000 y un yate de $ 80 millones, falsificar las señales de GPS es relativamente fácil y simple. No hace falta mucha imaginación para imaginar lo que es posible hoy en día, porque desde aquella manifestación hace nueve años usando un presupuesto universitario, más cuando se actualiza a un presupuesto nacional.

Según los informes actuales, Rusia está falsificando activamente los datos del GPS durante la guerra en Ucrania, lo que afectaría principalmente a usuarios privados y comerciales. Naturalmente, se desconoce si el ejército de los EE. UU. tiene respaldos adicionales en el caso de intentos de parodia y bloqueo, por razones de seguridad nacional. Aún así, con la importancia del GNSS hoy en día con la navegación y mucho más, parecería apropiado preguntarse si se puede detectar o evitar la falsificación.

Saber es la mitad de la batalla

En un análisis de Guy Buesnel, señala que existen suficientes riesgos en la cadena GNSS, entre los cuales se encuentran los equipos defectuosos y las fuentes de interferencia. Quizás la lección más importante de los últimos años ha sido que confiar únicamente en GNSS es arriesgado y que es esencial agregar formas adicionales para determinar la posición de uno, al igual que la capacidad de detectar el acto de parodia.

Este aspecto de detectar y posiblemente evitar la suplantación de identidad es actualmente objeto de investigación activa, como lo señala, p. Mark L. Psiaki, et al. en un artículo reciente. Aunque probablemente no habrá una panacea que resuelva todas las enfermedades y devuelva el GNSS al sistema sin errores que nos prometieron los aviadores brillantes hace años, lo que probablemente veremos en el futuro es mejor, más robusto. receptores GNSS. Ya vemos que los receptores GNSS integrados en los teléfonos inteligentes pueden usar múltiples constelaciones GNSS, con la capacidad de usar redes WiFi locales, etc. como un aumento.

Usando mejoras de tecnología relativamente baja, sería fácil detectar muchos ataques falsos, como cuando la ubicación calculada cambia repentina y drásticamente, o cuando el rumbo calculado no coincide con los datos proporcionados por el sistema de aumento, las torres de telefonía u otras fuentes. de información del lugar.

Incluso si GNSS no es la panacea sin esfuerzo que muchos han asumido, sigue siendo una gran maravilla de navegación y una piedra angular de la moderna. una civilización que continuará viendo mejoras como lo ha hecho desde que se lanzó el primer satélite GPS. Todo lo que tienes que hacer es estar un paso por delante de los piratas informáticos.

Matías Jiménez
Matías Jiménez

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