Утро понедельника. Житель Москвы наливает себе чашку черного кофе и угнетенно смотрит на девять баллов, которые навигатор поставил московскому трафику. Выйдя из дома, он садится в свой старенький седан и слышит привычное «поверните налево».
В обеденный перерыв оказывается, что свободных столиков в офисном кафетерии не осталось. Приходиться «гуглить», где бы перекусить. До вечера московский житель еще успевает проверить, где гуляет дочь, выкладывает фотографию с отметкой из ресторана и смотрит, как лучше доехать до дачи на следующий день.
Такое описание дня кажется более чем обыденным. Настолько незаметно американская система GPS (Global Positioning System) смогла войти в нашу жизнь. Но в последнее время ей пришлось столкнуться с критикой. Оказалось, что привычная система может стать угрозой национальной безопасности.
Американцы впервые всерьез усомнились в GPS в 2012 году, когда профессор инженерии Тодд Хампфрис продемонстрировал военным ее уязвимость. На пустынной техасской равнине Хампфрис и его группа установили небольшую металлическую коробку. Затем один из представителей Воздушных войск запустил дрон, летящий строго в указанную локацию. Но две минуты спустя дрон развернулся и полетел совершенно в другом направлении — американские военные оказались бессильны и разгневаны.
То, что случилось у них на глазах, теперь называется «спуфинг» (от англ. обман). Суть обмана заключается в том, что сигнал от неизвестного носителя выдает себя за известный. Так приспособления для «спуфинга» просто передают неверную GPS-позицию и заставляют GPS-приёмники верить в ее правдивость.
Уязвимость GPS
Всего в мире 24 активных GPS-спутника. Они облетают Землю на расстоянии двух с половиной тысяч километров. Каждый из них передаёт радиосигнал, содержащий точное местоположение спутника. Измеряя время передачи сигнала, GPS-приёмник определяет его расстояние от орбиты. Если приёмник получает сигнал одновременно от четырёх разных спутников, то он может показывать своё местоположение в трёх измерениях.
Казалось бы, прекрасно функционирующая система. Но специалист по GPS-мониторингу Аркадий Андреев объяснил, в чем ее минусы: «Проблема заключается в том, что за 60 миллисекунд, за которые сигнал доходит до нас, он становиться очень слабым. Поэтому получение информации из этого сигнала — задача сложная, сравнимая с чтением книги в приглушенном свете. А вот перекрыть или заменить этот сигнал не так-то и трудно».
Слабость сигнала обусловлена двумя факторами. Во-первых, спутники расположены слишком далеко от Земли. Это помогает уменьшить их количество, но пагубно влияет на время передачи данных. Сказывается на силе сигнала и то, что основные технологии остались прежними с 1977 года. Тогда Штаты впервые запустили GPS-спутники, но с тех пор использование геолокации выросло в разы и работать этой системе стало сложнее.
Из-за того, что GPS это пассивная система (пользователи просто получают сигнал, но не раздают его), она способна расти бесконечно. Количество GPS-приёмников может удвоиться завтра и это никак не повлияет на лежащую в основе инфраструктуру. От улучшения карт до поминутного измерения движений тектонических плит — люди придумали самые разнообразные способы использования изначально сугубо военной разработки.
С самого старта программы GPS в 1973 году она вызывала споры. Один из ее создателей, полковник ВВС Брэдфорд Паркинсон, представлял себе систему, как способ улучшить высокоточную бомбардировку. Его рабочая группа создала два вида сигнала GPS, один для гражданских целей и второй, более точный и со строгим протоколом, для военных. Но когда первый спутник был запущен, всем стало понятно, что гражданский сигнал оказался гораздо точнее и мощнее, чем изначально планировали создатели. Более того, несмотря на полную шифровку военных данных, уловить сам радиосигнал с ними было легче легкого.
Это испугало разработчиков, и в 90-х Пентагон специально начал искажать гражданский сигнал (практика, известная как «выборочная доступность»). Они надеялись помешать террористам или другим злоумышленника, которые могли использовать сигнал в угрозу национальной безопасности Штатов. Но даже тогда пользователи смогли обойти правительственное вмешательство, и с 2000 года Билл Клинтон объявил, что будет использован полный потенциал GPS.
Много времени не потребовалось, чтобы индустрия GPS расцвела. В 2005 году Garmin, ведущая компания в сфере, получила 1,6 миллиардов долларов в продажах. Объемы GPS-установок для машин росли в бешеном темпе — 140% в год. А дальше, как мы знаем, последовал бум GPS на смартфонах и других гаджетах.
Но такой взрыв популярности также привёл к увеличению попыток искажения сигнала. Сейчас карманные глушители, доступные любому желающему, продаются в сети всего за несколько сотен долларов. Пару лет назад в Нью-Джерси такие глушители для обмана своих начальников использовало так много водителей грузовиков, что это масштабное внешнее вмешательство в конце концов сорвало передачу настоящего GPS-сигнала в ближайший аэропорт. К счастью, без происшествий.
Сейчас GPS необходим и в вопросах, никак не связанных с геолокацией. Из-за того, что встроенные в спутники часы синхронизированы до наносекунд, сигналы сети используют для объедения систем на больших территориях и расстояниях. GPS-время помогает распределить звонки по вышкам связи, регулировать потоки электричества в сети и указывать время на крупных финансовых сделках и обменах.
Если «спуфер» как-то вмешается в систему и запутает часы даже немного, урон будет повсеместный: с ошибками во времени системы могут прийти в негодность коммуникации, неправильно направленные потоки электричества приведут к обесточиванию, а трейдовые программы способны нарушить структуру рынка. И это всего несколько возможных сценариев. Мы пока не можем с точностью сказать, насколько беззащитна такая повсеместная технология.
Президент в опасности
В июне 2017 года французский нефтяной танкер «Атрия» шел через Босфорский пролив в Чёрное море. Как только корабль подплыл к Новороссийску, капитан Гурван Ле Мер заметил, что GPS-система корабля потеряла сигнал. Сигнал скоро восстановился, но показывал совершенно неверную геолокацию. Корабль, по мнению системы, был в аэропорту Геленджика. Капитан связался с ближайшими суднами, которые в свою очередь сообщили о такой же проблеме. Всего в аэропорт «перенесло» 21 судно.
Почти в это же время то же самое происходило в Москве — на этот раз с пассажирами такси «Uber», многие из которых обнаружили, что вместо короткой поездки в соседний район навигатор показал дальнюю поездку в аэропорт или даже другие города.
Оба события привлекли интерес Центра Продвинутой Защиты (С4ADS) в Вашингтоне. Используя данные с кораблей, все из которых обязаны постоянно передавать свое местоположение, исследователи выяснили, что проблема «спуфинга» гораздо серьезнее, чем они предполагали. Согласно опубликованному ими в марте 2019 исследованию, в море было около десяти тысячи инцидентов «спуфинга» с февраля 2016 по ноябрь 2018 года, распространившихся на 1300 кораблей. Так как сухопутный транспорт не обязан передавать своё местоположение, о точных цифрах говорить трудно, но данные приложений для фитнес-трекинга показали, что такие происшествия не редкость и на суше.
Как только стало ясно, когда и где происходили инциденты «спуфинга», исследователи сопоставили эту информацию с графиком посещений президентом РФ российских регионов. Осенью 2017 гда за 6 минут до того, как Владимир Путин должен был произносить речь в приморском городке Большой Камень, GPS шедших в округе кораблей показала, что они располагаются в аэропорту Владивостока. В 2018 году, когда Президент посещал открытие Крымского моста, как минимум 24 корабля в округе видели, что они находятся в аэропорту в Анапе.
Аркадий Андреев объяснил, в чем тут дело: «Вероятнее всего, “спуфинг” уже используется правительством для того, чтобы обезопасить президента и остальных членов делегаций. На мой взгляд, это делается, чтобы предотвратить атаки дронов. Во всех случаях некорректные данные GPS переносили корабли именно в аэропорты. Большинство дронов запрограммировано не залетать на территорию аэропортов для избежание несчастных случаев. Если дрон попадёт на территорию аэропорта, он либо вернётся в свою начальную точку, либо просто опуститься на землю».
Предположения специалиста по GPS-мониторингу вполне обоснованы: Владимиру Путину есть из-за чего беспокоиться. В августе 2018 года речь венесуэльского президенты Николаса Мадуро была прервана, когда два дрона взорвались над одной из главных автомагистралей в Каракасе. Несколько позже агенты французской разведки уничтожили дрон, пролетающий слишком близко к летнему дому Эмануэля Макрона.
За альтернативу придется платить
Ситуация с GPS едва ли не удручающая, но это далеко не единственная действующая система геолокации, хоть и наиболее повсеместная. Советской военной разработкой стал еще в 1982 году ГЛОНАСС. Точно так же, как и с американской разработкой, активных спутников на орбите 24. Но летают они на 5 тысяч километров ближе к Земле, что делает сигнал немного сильнее. Начиная с Сочи, ГЛОНАСС постепенно стал «разлетаться» по миру, составляя конкуренцию американцам. В 2011 Apple даже снабдили свой последний iPhone двухчиповой системой, состоящей из GPS и ГЛОНАСС. Пока что до лидерства на рынке россиянам еще далеко, но потенциал у нашей навигационной системы есть.
Все плюсы ГЛОНАСС знает Аркадий Андреев: «Во-первых, она гораздо лучше работает в северных широтах из-за наклона 65 градусов по отношению к экватору. GPS спутники наклонены на 55 градусов, поэтому полярные части планеты им просто не видно. Такое преимущество уже давно оценили в Скандинавии. Еще что важно: спутники ГЛОНАСС не синхронны с вращением Земли, в отличие от американских. Из-за этого отечественные спутники не требуют корректировки и более стабильны».
По мнению специалиста, одним из способов решения проблемы может стать совмещение этих систем, как уже сделали Apple: «Если вы попадаете в экстремальную ситуацию, вероятность того, что вы не потеряетесь гораздо больше, когда спутников 48. Да даже, бывает, на дорогах навигатор зависает — все потому, что пропадает на время из виду спутник GPS. Опять же, с двумя системами это гораздо менее вероятно. Ну и, конечно же, тот самый «спуфинг» становится не такой большой угрозой. Хотя, если у кого-то получилось внедриться в одну систему, почему бы не сделать также со второй?».
В полной мере совместить GPS и ГЛОНАСС в любом случае пока не получится. Недавно ЕС запустили серию собственных спутников геолокации Galileo. Не отстает от них и Китай с системой «Бейдоу». В нынешних политических условиях вряд ли можно рассчитывать на то, что Штаты примут решение кооперировать именно с российским GPS-аналогом. Даже Apple уже заменили свой чип — теперь он поддерживает GPS и Galileo.
Но переживать за отечественную разработку не стоит. По мнению Тедда Хампфриса, который демонстрировал технологию «спуфинга» американским военным, все нынешние системы геолокации все равно нужно заменить.
Главная проблема GPS заключается в слабости самого сигнала. ГЛОНАСС и Galileo работают по такому же принципу, поэтому почти так же уязвимы. Если можно было бы перестроить систему ближе к Земле, о «спуфинге», по мнению профессора, можно было бы забыть. Но тут вопрос, как всегда, упирается в финансы. Переделывать систему полностью — это, в любом случае, очень дорого, а чтобы перестроить ее ближе к земле, спутников потребуется в разы больше (около семисот, в отличие от нынешних 24).
К сожалению, в таком случае геоданные уже не смогут просто падать к нам с неба, благодаря государственному финансированию: за них придется платить, как за интернет и мобильную связь. Для обычного пользователя перспектива не радужная, но, с учетом всех сфер применения систем глобального позиционирования — единственная безопасная.
Источник: