GPS信号不佳小心,你的导航或已被控制
撰文︱邢鹏志电子科技大学英才实验学院
弗吉尼亚理工大学的一项研究表明，在广泛应用的GPS（全球定位系统）技术背景下，控制车辆导航甚至是手机导航系统是完全可能的。攻击者可以在短短几分钟，神不知鬼不觉地让你按照错误的导航指示到达任何可能的地点。
当我们需要前往一个陌生的地方，使用导航设备无疑是现代人的第一选择。但如果导航系统失效，甚至是被不法分子控制，轻则影响行程，重则危及人身安全。科研人员已经通过实验证实了这种非法控制的可能性。在被控过程中，您看到的或许只是一段时间的信号不佳。
信号夺取与路线伪造
要实现对导航系统的控制，首先要看看导航系统到底是怎么工作的。导航系统的运转主要分为三步：锁定GPS信号，从GPS获取当前位置，利用算法得出路径。由于技术原因，GPS在投入运行时，其发射的信号是未经加密的，这使得前两步成为了安全性较为薄弱的环节，因此，篡改GPS信号成为了攻击者的首选方式。
为使被攻击者按照攻击者的意愿到达预设地点，攻击者首先需要设置一个假定位置。
用户实际处于A，通过虚构一个位置A’,用户实际会按照A’到B的路径，从A到达C︱图片来源：USENIX
这里用一个简单的例子来说明线路控制的基本原理。在一次行车中，如果被攻击者的预定路线是从A到B，而攻击者需要利用GPS使其到达C地，那么只需要通过虚假的GPS信号让导航设备误认为目前处于A’点，导航设备就会自动计算出图上箭头所示的线路。这样，实际上处于A点的被攻击者就会最终到达C点。
被GPS导航误导的汽车︱图片来源：USENIX
路线生成与筛选
现代化大都市的路网稠密复杂。虽然伪造线路的原理很简单，但是生成的线路仍然有很多限制。其中最大的限制来源于路况环境。如果在没有交叉路口的地方，导航给出了转向的指示，那么被攻击者很容易就会发现。此外，还有一些其他限制，例如尽量避免经过标志性建筑物，隧道，桥梁等地。
一种无法实现的路径︱图片来源：论文
为此，研究人员在本次实验中使用了深度优先-迭代查找（Depth-FirstIteration）的方式来生成误导线路。这种方法能够在有限的时间内以最快的速度探索周围的道路节点（Node），结合被攻击者附近的道路情况和相关限制，在有限的时间里以最短的时间找到一条可行线路。测试结果与反制措施
研究人员根据他们的设想搭建出了一台小型GPS信号干扰器。在保持GPS干扰器与目标车辆的距离为40-50米的情况下，GPS信号控制的平均时间只有40秒，最长时间不超过70秒。第二次实验中，研究人员利用模拟环境来测试人们在正常驾驶过程中是否能够意识到自己的GPS已经被控制了。来自中国和美国共计40名被试者参加试验，均有三年以上的驾龄。然而，测试的结果却令人震惊。40名被试者中只有两人意识到了GPS被控制这一事实，而且两人都是在发现周围的标志性建筑物和GPS上显示的有明显不一致的情况下意识到GPS可能出错了。研究人员搭建的干扰器，花费不超过美元︱图片来源：论文
事实上，在GPS干扰器影响正常的GPS信号时，会存在大约一分钟左右的信号不佳的情况，这是整个过程中肉眼可见的最明显的现象。但为什么大部分被试者都忽略了这一异常现象呢？有被试者表示，GPS信号不佳实际上是生活中很常见的情况，所以当人集中注意力行驶时，大部分人都不会太留心这一现象。
要防范GPS被恶意攻击或是干扰，最重要的方法就是在行驶时留心观察路面情况和导航显示的路况是否一致。此外，从技术层面来说，提高GPS传输安全性的方法有加密信号，或是在载具中加入机器视觉（ComputerVision），这样可以有效保证行驶的安全。
在当前的科技发展趋势下，人类正在全速向自动化、智能化的方向前进。而本研究使我们不禁冷静和理性地思考：在人类驾驶车辆的情况下，对于攻击者的恶意干扰，我们还有人为干涉、修正错误的可能，但是如果在未来的自动驾驶过程中，或者自动化程度极高的航空器上，如何保障航行安全呢？从个人角度出发，保持独立和理智的思考，而非完全依赖于人工智能，或许才是人类与人工智能携手并进的最佳方式。
参考文献：
Kexiong(Curtis)Zeng,ShinanLiu,YuanchaoShu,DongWang,HaoyuLi,YanzhiDou,GangWang,YalingYang.(August15–17,).AllYourGPSAreBelongtoUs:TowardsStealthyManipulationofRoadNavigationSystems.27thUSENIXSecuritySymposium.
责任编辑：付丽斯李洋
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