Phát hiện hành vi gây nhiễu và giả mạo GNSS

Hiện tượng nhiễu GNSS có thể được chia thành 2 danh mục sau:

  • Gây nhiễu
  • Giả mạo

Các cuộc tấn công gây nhiễu liên quan đến việc phát sóng các tín hiệu vô tuyến mạnh trong cùng dải tần số với GNSS, có thể làm át đi các tín hiệu tương đối yếu hơn được phát từ các vệ tinh GNSS. Điều này có thể ngăn các bộ thu GNSS (bao gồm cả điện thoại) tính toán vị trí của chúng.

Giả mạo là một cuộc tấn công tinh vi hơn, trong đó các tín hiệu giả mạo giả vờ là tín hiệu GNSS thực được phát sóng. Các tín hiệu giả mạo này có thể đánh lừa bộ thu GNSS tính toán một vị trí hoặc thời gian khác xa so với thực tế, đủ để khiến các ứng dụng bản đồ và điều hướng cung cấp thông tin sai cho người dùng.

Giới thiệu về hiện tượng giả mạo hoặc gây nhiễu GNSS

Cường độ tín hiệu hoặc tỷ lệ sóng mang trên nhiễu (C/N0) của tín hiệu cũng như tính năng kiểm soát mức tăng tự động (AGC) của đài GNSS trong điện thoại có thể là một chỉ báo tốt về hiện tượng nhiễu.

AGC có xu hướng giảm khi quan sát thấy hiện tượng giả mạo hoặc gây nhiễu. Khi nhận được sóng vô tuyến mạnh, đài sẽ giảm mức tăng của bộ khuếch đại (AGC) để điều chỉnh công suất của tín hiệu nhận được.

So sánh cường độ tín hiệu cho thấy nhiễu
Hình 1. AGC giảm trong quá trình nhiễu (vùng màu đỏ) và tăng trở lại mức bình thường khi hiện tượng nhiễu bị loại bỏ (vùng màu xanh lục). (Nguồn hình ảnh: https://doi.org/10.33012/navi.537)

Tuy nhiên, hành vi của C/N0 thay đổi giữa các sự kiện gây nhiễu và giả mạo. Đối với các sự kiện gây nhiễu, nhiễu do đài quan sát được mạnh hơn nhiều so với bình thường. Do đó, mẫu số của tỷ lệ sóng mang trên nhiễu tăng lên và giá trị C/N0 giảm. Đối với hiện tượng giả mạo, điều ngược lại sẽ xảy ra. Vì một tín hiệu giả mạo đang được phát sóng đủ lớn để làm át đi tín hiệu thực từ vệ tinh, nên cường độ tín hiệu tổng thể mạnh và do đó, C/N0 tăng lên.

Kiểm tra hiện tượng giả mạo hoặc gây nhiễu GNSS

Bạn có thể sử dụng thẻ Spoof/Jam (Giả mạo/Gây nhiễu) trong ứng dụng GnssLogger để khám phá tác động của môi trường đối với C/N0 và AGC theo thời gian thực.

Biểu đồ AGC và C/N0 theo thời gian thực

Thẻ Spoof/Jam (Giả mạo/Gây nhiễu) hiển thị biểu đồ theo thời gian thực của AGC và C/N0 cho từng chòm sao và băng tần GNSS (ví dụ: "GPS L1" hoặc "G:L1:", "Galileo E5a" hoặc "E:E5A:").

Biểu đồ AGC và C/N0 cho từng chòm sao và băng tần GNSS.
Hình 2. AGC và C/N0 đều giảm khi điện thoại được đặt cạnh bộ định tuyến Wi-Fi (hình bầu dục màu đỏ). 3 tín hiệu hàng đầu trung bình cho mỗi chòm sao và băng tần được hiển thị dưới dạng đường nét đứt. AGC cho mỗi chòm sao và băng tần (là một giá trị duy nhất) được hiển thị dưới dạng đường liền nét. Phần được khoanh tròn màu đỏ trên biểu đồ cho thấy cả AGC và C/N0 đều giảm khi điện thoại được đặt cạnh bộ định tuyến Wi-Fi, do đó, hiện tượng nhiễu được quan sát thấy.

Kiểm tra theo thời gian thực để phát hiện hiện tượng giả mạo và gây nhiễu

Bên dưới biểu đồ theo thời gian thực của AGC và C/N0, ứng dụng sẽ hiển thị một loạt các hoạt động kiểm tra dữ liệu tự động để xác định các điều kiện liên quan đến hiện tượng nhiễu GNSS.

Giao diện người dùng hiển thị bằng chứng về các điều kiện có thể do hành vi giả mạo và gây nhiễu gây ra.
Hình 3. Các hoạt động kiểm tra tự động có thể xác định các điều kiện có khả năng do hiện tượng giả mạo và gây nhiễu gây ra.

Trong phần Jamming checks (Kiểm tra gây nhiễu), ứng dụng sẽ kiểm tra để xem giá trị trung bình của 10 kỷ nguyên C/N0 và AGC gần đây nhất có thay đổi hay không khi so sánh với 50 kỷ nguyên trước đó. Nếu C/N0 và AGC giảm đồng thời, thì đây có thể là triệu chứng của hiện tượng gây nhiễu GNSS. Nếu phát hiện thấy tình huống này, thẻ sẽ hiển thị thông báo KHÔNG THÀNH CÔNG cùng với thông tin khác:

Các điều kiện có thể do nhiễu GNSS gây ra.
Hình 4. Lỗi cho biết đã phát hiện thấy các điều kiện có khả năng do hiện tượng nhiễu GNSS gây ra.

Thẻ đầu tiên trong phần Spoofing checks (Kiểm tra giả mạo) cũng kiểm tra C/N0 và AGC, nhưng tìm kiếm sự tăng đồng thời trong C/N0 và giảm trong AGC.

Hoạt động kiểm tra thứ hai liên quan đến hiện tượng giả mạo tìm kiếm sự khác biệt trong hơn một giây giữa thời gian GNSS được tính toán trên thiết bị và thời gian được truy xuất qua Internet từ máy chủ Giao thức thời gian mạng (NTP) (thời gian mạng – thời gian GNSS). Sự khác biệt lớn có thể cho biết thời gian GNSS được tính toán không hợp lệ.

Mẹo, thủ thuật và lưu ý

Dưới đây là một số điều cần lưu ý khi sử dụng tính năng Spoof/Jam (Giả mạo/Gây nhiễu) của GnssLogger:

  • Đây là một tính năng thử nghiệm. Khi chúng tôi tìm hiểu thêm về các đặc điểm của AGC trên nhiều thiết bị Android, các thuật toán chính xác được dùng cho các thay đổi về hiện tượng giả mạo và gây nhiễu có thể được cập nhật.
  • Tính năng này không phát hiện được tất cả các trường hợp giả mạo và gây nhiễu. Biểu đồ theo thời gian thực và các hoạt động kiểm tra dữ liệu giúp bạn dễ dàng khám phá các thuộc tính dữ liệu theo thời gian thực, nhưng không đủ mạnh để phát hiện mọi ví dụ về hiện tượng giả mạo hoặc gây nhiễu.
  • Tính năng này được thiết kế để phát hiện sự thay đổi trong C/N0 và AGC. Nếu bạn mở ứng dụng khi có hiện tượng giả mạo hoặc gây nhiễu và C/N0 cũng như AGC vẫn không đổi, thì hiện tượng giả mạo và gây nhiễu sẽ không được phát hiện.
  • Máy chủ NTP không nhất thiết phải an toàn. Thời gian mạng cũng có thể bị giả mạo.

Đưa ra ý kiến phản hồi về tính năng Spoof/Jam (Giả mạo/Gây nhiễu) bằng công cụ theo dõi lỗi công khai của chúng tôi.