Изучение влияния спуфинга ГНСС на рои дронов
Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) полагаются на множество датчиков для принятия важных навигационных решений. Есть, однако, проблемы, связанные с достижением полного контроля над беспилотниками посредством подмены сигнала ГНСС. В то время как готовые дроны остаются уязвимыми к спуфинговым атакам, достижение полного контроля над БПЛА требует манипулирования спуфинговыми сигналами в реальном времени.
Сегодня растёт интерес к использованию автономных групп роботов в критически важных для безопасности приложениях, таких как поисково-спасательные операции, экстренная поддержка, строительные работы и доставка. Рои также имеют важное применение в армии как с тактической, так и с логистической точки зрения. Системы точного позиционирования, навигации и связи имеют основополагающее значение для работы этих приложений, но спуфинговые атаки и глушение систем локализации влияют на общую экосистему роя. Например, ложная атака на группу беспилотных летательных аппаратов потенциально может привести к столкновению и коллапсу группы или просто к изменению её курса.
В исследовании, проведённом сотрудниками Северо-Восточного университета в Бостоне, фокус был сделан на влияние спуфинговой атаки ГНСС на алгоритмы формирования роя. Предполагалось, что противник в состоянии генерировать и передавать сигналы ГНСС. Хотя конкретная цель злоумышленника может сильно разниться: от принуждения дрона к столкновению с другими дронами до создания зоны затемнения наблюдения. В общем, основная цель спуфинговой атаки — заставить рой вести себя иначе, чем предполагалось изначально. Предполагалось также, что БПЛА находятся в пределах радиодиапазона злоумышленника и, следовательно, могут уловить эти поддельные сигналы. То есть злоумышленник успешно подделал приёмник ГНСС либо с помощью метода плавного захвата, либо с помощью простой некогерентной атаки с тенью. Не предполагалось наличия в этих дронах передовых мер противодействия спуфингу, поскольку их стоимость существенно повлияет на развёртывание роя и операционную масштабируемость. Не рассматривались злоумышленники, способные внедрять поддельные позиции непосредственно по каналам связи, поскольку эти каналы обычно имеют меры криптографической безопасности. Не рассматривались атаки с глушением, потому что, хотя они могут нарушить связь, основная цель атаки — заставить рой вести себя определённым образом.
Децентрализованная архитектура распределяет процесс принятия решений, тем самым повышая надёжность. Гибридные архитектуры используют иерархическую систему, которая обеспечивает централизованное принятие решений и автономные локальные действия.
Исследователи рассматривали группу дронов, которым поручено наблюдение за определённым географическим регионом, каждый из которых предназначен для покрытия равной территории. Каждый дрон определяет свое местоположение с помощью ГНСС и передаёт это положение своим собратьям.
Например, это может быть группа дронов, которым поручено следить за крупным общественным мероприятием — классическая задача пространственной организации. Эти дроны должны эффективно сканировать территорию, чтобы выявить потенциальные угрозы безопасности или чрезвычайные ситуации. Важным для этой задачи является обеспечение того, чтобы агенты могли эффективно распределяться и координировать свои действия в своей среде, что делает проблему формирования первостепенной в успешных операциях дронов.
Подмена ГНСС искажает местоположение, воспринимаемое дронами. Разумно предположить, что такая подмена затронет только часть роя дронов. Во многом это связано с трудностями подделки обширного географического региона, который может занять рой. Затем целевые дроны будут оценивать и передавать неверные местоположения, что приведет к включению ошибочных данных о местоположении.
Последствия этого многогранны. Во-первых, это может привести к тому, что дроны будут оставаться в движении в течение длительного времени, и разряжать их батареи. Кроме того, это может привести к неравномерности схемы наблюдения: некоторые дроны покрывают слишком обширные для них территории, что приводит к образованию слепых зон наблюдения. Если меры по предотвращению столкновений отсутствуют, дроны могут столкнуться. Динамика алгоритма становится особенно интригующей, когда несколько дронов, подвергшихся спуфингу, сообщают об идентичных местоположениях. В таких случаях алгоритм должен интерпретировать это как два дрона, занимающих одно и то же место, что приводит к дополнительным сложностям и потенциальным несоответствиям системы.
Исследовались три различные стратегии спуфинга, чтобы понять их влияние на поведение роя: i) «Фиксированный спуфинг», при котором ложное местоположение остается постоянным на протяжении всего времени спуфинга, ii) «Относительный спуфинг», при котором устанавливается ложное местоположение, как незначительное отклонение от истинного местоположения дрона, и iii) «Случайная подмена», когда вводящее в заблуждение местоположение выбирается произвольно.
Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал
По материалам открытых источников