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 نظام GNSS، بما في ذلك الهواتف، من احتساب الموقع الجغرافي.

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

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 مستوى الصوت (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 الإشارات التي تشير إلى حدوث تداخل
الشكل 1. ينخفض مستوى AGC أثناء حدوث تداخل (المنطقة الحمراء)، ثم يعود 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. في حالات التشويش، يكون الضجيج الذي يرصده الراديو أعلى بكثير من المعتاد، وبالتالي يزداد مقام نسبة الإشارة إلى الضجيج، وتنخفض قيمة C/N0. في حالة الانتحال، يحدث العكس، لأنّه يتم بث إشارة مزيفة عالية بما يكفي للتغلب على الإشارة الحقيقية من القمر الصناعي، وبالتالي تكون قوة الإشارة الإجمالية عالية، ويزداد بالتالي معدل C/N0.

التحقّق من انتحال هوية نظام GNSS أو التشويش عليه

يمكنك استخدام علامة التبويب انتحال الهوية/التشويش في تطبيق GnssLogger لاستكشاف تأثير البيئة على نسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) والتحكّم التلقائي في الكسب (AGC) في الوقت الفعلي.

مخطّط AGC وC/N0 في الوقت الفعلي

تعرض علامة التبويب التشويش/التزييف رسمًا بيانيًا في الوقت الفعلي لكل مجموعة ونطاق من نظام GNSS (مثل ‫"GPS L1" أو "G:L1:" أو "Galileo E5a" أو "E:E5A:").

رسم بياني لميزة "التحكّم التلقائي في مستوى الصوت" ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (C/N0) لكل مجموعة ونطاق من نظام 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 كوكبات ونطاق على شكل خطوط متقطّعة. يتم عرض AGC لكل مجموعة نجمية ونطاق، وهي قيمة واحدة، كخط متصل. يوضّح القسم المحاط بدائرة حمراء في الرسم البياني كيف ينخفض كل من مستوى الإشارة المضبوط تلقائيًا ونسبة الإشارة إلى الضوضاء عند حمل الهاتف بالقرب من جهاز توجيه Wi-Fi، وبالتالي يتم رصد التداخل.

عمليات التحقّق في الوقت الفعلي من عمليات الانتحال والتشويش

أسفل الرسم البياني في الوقت الفعلي لميزة 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 يُحتمل أن 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 FAIL 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 نظام GNSS.

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

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

نصائح وتلميحات وتحذيرات

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

  • هذه الميزة 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 وعمليات التحقّق من البيانات في الوقت الفعلي رصد خصائص البيانات في الوقت الفعلي، ولكنّها ليست قوية بما يكفي لرصد جميع 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 فتح التطبيق في حال حدوث تزييف أو تشويش وبقاء نسبة الإشارة إلى الضوضاء والتحكّم التلقائي في الكسب ثابتَين، لن يتم رصد التزييف والتشويش.
  • لا تكون خوادم NTP آمنة بالضرورة، إذ يمكن أيضًا تزوير توقيت الشبكة.

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