Phát hiện hành vi gây nhiễu và giả mạo GNSS

Nhiễu GNSS có thể được chia thành hai loại sau:

  • Gây nhiễu
  • Giả mạo

Các cuộc tấn công gây nhiễu liên quan đến việc phát tín hiệu vô tuyến mạnh trong cùng dải tần số với GNSS, có thể lấn át các tín hiệu tương đối yếu hơn được phát từ 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 hình thức tấn công tinh vi hơn, trong đó các tín hiệu giả mạo giả vờ là tín hiệu GNSS thực được phát sóng. Những tín hiệu giả này có thể đánh lừa bộ thu GNSS tính toán vị trí hoặc thời gian rất khác so với thực tế, đủ để khiến các ứng dụng bản đồ và chỉ đường nhầm lẫn và cung cấp thông tin sai cho người dùng.

Giới thiệu về hành vi giả mạo hoặc gây nhiễu GNSS

Cường độ tín hiệu hoặc tỷ lệ sóng mang trên tạp âm (C/N0) của tín hiệu cũng như bộ điều khiển khuếch đại tự động (AGC) của sóng vô tuyến GNSS trong điện thoại có thể là chỉ báo tốt về hiện tượng nhiễu.

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

So sánh cường độ tín hiệu cho thấy có hiện tượng nhiễu sóng
Hình 1. AGC giảm trong thời gian bị can nhiễu (vùng màu đỏ) và tăng trở lại mức bình thường khi không còn can nhiễu (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 sự kiện gây nhiễu, tiếng ồn mà đài quan sát được mạnh hơn nhiều so với bình thường — do đó, mẫu số của tỷ lệ sóng mang trên tạp âm tăng lên và giá trị C/N0 giảm xuống. Đối với hành vi giả mạo, điều ngược lại sẽ xảy ra — vì tín hiệu giả được phát sóng đủ mạnh để lấn át tín hiệu thực từ vệ tinh, nên cường độ tín hiệu tổng thể sẽ mạnh và do đó C/N0 tăng lên.

Kiểm tra xem có hành vi giả mạo hoặc gây nhiễu GNSS hay không

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/Nhiễu) hiển thị biểu đồ theo thời gian thực về 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 hệ thống vệ tinh và băng tần GNSS.
Hình 2. Cả 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 dải tần được thể hiện dưới dạng đường đứt nét. AGC cho mỗi chòm sao và dải tần (là một giá trị duy nhất) được thể hiện dưới dạng một 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, có thể quan sát thấy hiện tượng nhiễu.

Kiểm tra theo thời gian thực để phát hiện hành vi 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 quy trình 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 tình trạng có thể do hành vi giả mạo và gây nhiễu gây ra.
Hình 3. Hệ thống kiểm tra tự động có thể xác định các điều kiện có khả năng là do hành vi giả mạo và gây nhiễu gây ra.

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

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

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

Bước kiểm tra thứ hai liên quan đến việc giả mạo sẽ tìm kiếm sự chênh lệch hơn một giây giữa thời gian GNSS được tính toán trên thiết bị và thời gian được truy xuất qua Internet từ một máy chủ Giao thức thời gian mạng (NTP) (thời gian mạng – thời gian GNSS). Sự chênh lệch 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 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 dùng để phát hiện hành vi giả mạo và gây nhiễu có thể được cập nhật.
  • Tính năng này không phát hiện được tất cả các hành vi giả mạo và gây nhiễu — Biểu đồ theo thời gian thực và các bước 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 trường hợp giả mạo hoặc gây nhiễu.
  • Tính năng này được thiết kế để phát hiện sự thay đổi về C/N0 và AGC. Nếu bạn mở ứng dụng khi có hành vi giả mạo hoặc gây nhiễu và C/N0 cũng như AGC không đổi, thì hệ thống sẽ không phát hiện được hành vi giả mạo và gây nhiễu.
  • Máy chủ NTP không nhất thiết phải bảo mật — Thời gian mạng cũng có thể bị giả mạo.

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