رصد التشويش على نظام تحديد المواقع العالمي (GNSS) وانتحال صفته

يمكن تقسيم التشويش على نظام GNSS إلى الفئتين التاليتين:

  • Jamming
  • الانتحال

تتضمّن هجمات التشويش بث إشارات راديو قوية في النطاق الترددي نفسه الذي تستخدمه أنظمة GNSS، ما قد يؤدي إلى حجب الإشارات الأضعف نسبيًا التي تبثها أقمار GNSS الصناعية. ويمكن أن يمنع ذلك أجهزة استقبال GNSS، بما في ذلك الهواتف، من احتساب الموقع الجغرافي.

التزييف هو هجوم أكثر تعقيدًا يتم خلاله بث إشارات مزيفة تبدو وكأنّها إشارات GNSS حقيقية. ويمكن أن تخدع هذه الإشارات الزائفة جهاز استقبال GNSS لتحسب موقعًا جغرافيًا أو وقتًا مختلفًا تمامًا عن الواقع، وهو ما يكفي لتضليل تطبيقات الخرائط والملاحة وجعلها تقدّم للمستخدمين معلومات خاطئة.

لمحة عن انتحال نظام GNSS أو التشويش عليه

يمكن أن تكون قوة الإشارة أو نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) للإشارة، بالإضافة إلى التحكّم التلقائي في الكسب (AGC) لراديو نظام GNSS في الهاتف، مؤشرًا جيدًا على التداخل.

يميل التحكم التلقائي في مستوى الصوت إلى الانخفاض عند رصد عمليات انتحال الهوية أو التشويش. عندما يستقبل الراديو موجات راديو قوية، يخفّض كسب المضخّم (AGC) لضبط قوة الإشارة المستلَمة.

مقارنة بين قوى الإشارة التي تشير إلى التداخل
الشكل 1. ينخفض مستوى AGC أثناء حدوث تداخل (المنطقة الحمراء)، ويعود إلى مستواه الطبيعي عند إزالة التداخل (المنطقة الخضراء). (مصدر الصورة: https://doi.org/10.33012/navi.537)

ومع ذلك، يختلف سلوك C/N0 بين أحداث التشويش والتزييف. بالنسبة إلى أحداث التشويش، يكون التشويش الذي يرصده الراديو أقوى بكثير من المعتاد، وبالتالي يزداد مقام نسبة الإشارة إلى التشويش، وتنخفض قيمة C/N0. في حالة التزييف، يحدث العكس، لأنّه يتم بث إشارة مزيفة بصوت عالٍ بما يكفي للتغلب على الإشارة الحقيقية من القمر الصناعي، وبالتالي تكون قوة الإشارة الإجمالية عالية، ويزداد بالتالي معدل C/N0.

التحقّق من التلاعب في نظام GNSS أو التشويش عليه

يمكنك استخدام علامة التبويب محاكاة/تشويش في تطبيق GnssLogger لاستكشاف تأثير البيئة على نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) والتحكّم التلقائي في مستوى الصوت (AGC) في الوقت الفعلي.

مخطّط AGC وC/N0 في الوقت الفعلي

تعرض علامة التبويب انتحال الهوية/التشويش رسمًا بيانيًا في الوقت الفعلي لميزة "التحكّم التلقائي في مستوى الصوت" ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) لكل مجموعة ونطاق من نظام GNSS (مثل "نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) L1" أو "G:L1:" أو "نظام Galileo E5a" أو "E:E5A:").

رسم بياني لميزة "التحكّم التلقائي في مستوى الصوت" ونسبة الموجة الحاملة إلى الضوضاء (C/N0) لكل مجموعة ونطاق GNSS
الشكل 2. ينخفض كل من AGC وC/N0 عندما يتم وضع الهاتف بجانب جهاز توجيه Wi-Fi (الشكل البيضاوي الأحمر). يتم عرض متوسط أهم 3 إشارات لكل مجموعة من الأبراج الفلكية ونطاق على شكل خطوط متقطعة. يتم عرض AGC لكل مجموعة نجمية ونطاق، وهي قيمة واحدة، كخط متصل. يوضّح القسم الذي تمّت الإشارة إليه بدائرة حمراء في الرسم البياني كيف ينخفض كلّ من مستوى التحكّم التلقائي في الكسب ونسبة الإشارة إلى الضوضاء عند وضع الهاتف بجانب جهاز توجيه Wi-Fi، وبالتالي يتمّ رصد التداخل.

عمليات التحقّق في الوقت الفعلي من عمليات الانتحال والتشويش

أسفل الرسم البياني في الوقت الفعلي لكل من AGC وC/N0، يعرض التطبيق سلسلة من عمليات التحقّق التلقائية من البيانات التي تحدّد الحالات المرتبطة بتداخل GNSS.

واجهة مستخدم تعرض أدلة على حدوث ظروف قد تكون ناجمة عن الانتحال والتشويش
الشكل 3. يمكن أن تحدّد عمليات التحقّق المبرمَجة الحالات التي قد تحدث بسبب الانتحال والتشويش.

في قسم عمليات التحقّق من التشويش، يتحقّق التطبيق مما إذا كان متوسط آخر 10 فترات زمنية من نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) والتحكّم التلقائي في الكسب (AGC) قد تغيّر مقارنةً بآخر 50 فترة زمنية. إذا انخفضت نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) وميزة "التحكّم التلقائي في مستوى الصوت" (AGC) في الوقت نفسه، قد يكون ذلك من أعراض التشويش على نظام GNSS. في حال رصد هذه الحالة، ستعرض البطاقة الرسالة "تعذّر" مع مزيد من المعلومات:

الحالات التي قد يكون سببها تداخل نظام GNSS
الشكل 4. يشير إلى حدوث خطأ يشير إلى أنّه تم رصد ظروف قد تكون ناجمة عن تداخل في نظام GNSS.

تتحقّق البطاقة الأولى في قسم عمليات التحقّق من الانتحال أيضًا من نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) والتحكّم التلقائي في الكسب (AGC)، ولكنها تبحث عن زيادة متزامنة في نسبة الإشارة إلى الضوضاء وانخفاض في التحكّم التلقائي في الكسب.

يتمثّل الفحص الثاني المرتبط بالتزييف في البحث عن فرق يزيد عن ثانية واحدة بين وقت GNSS المحسوب على الجهاز والوقت الذي يتم استرداده عبر الإنترنت من خادم بروتوكول وقت الشبكة (NTP) (وقت الشبكة - وقت GNSS). ويمكن أن يشير الفرق الكبير إلى أنّ وقت GNSS المحسوب غير صالح.

النصائح والتلميحات والتحذيرات

في ما يلي بعض النقاط التي يجب وضعها في الاعتبار عند استخدام ميزة Spoof/Jam في GnssLogger:

  • هذه ميزة تجريبية، ومع توفّر المزيد من المعلومات حول خصائص AGC على أجهزة Android المختلفة، قد يتم تعديل الخوارزميات المستخدَمة في رصد التزييف والتشويش.
  • لا ترصد هذه الميزة جميع حالات التشويش والتزييف: تسهّل الرسوم البيانية في الوقت الفعلي وعمليات التحقّق من البيانات رصد خصائص البيانات في الوقت الفعلي، ولكنّها ليست قوية بما يكفي لرصد كل حالة من حالات التشويش أو التزييف.
  • تم تصميم هذه الميزة لرصد أي تغيير في نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) والتحكّم التلقائي في الكسب (AGC). وفي حال فتحت التطبيق في مكان يتعرّض للتشويش أو التزييف وبقيت نسبة الإشارة إلى الضوضاء والتحكّم التلقائي في الكسب ثابتة، لن يتم رصد التشويش أو التزييف.
  • لا تكون خوادم NTP آمنة بالضرورة، إذ يمكن تزوير وقت الشبكة أيضًا.

يمكنك تقديم ملاحظات حول ميزة التزييف/التشويش باستخدام أداة تتبُّع المشاكل العامة.