Spoofing bezieht sich auf das absichtliche Senden falscher Signale, um Empfänger des Globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) zu täuschen. Im Gegensatz zu Jamming, das GNSS-Signale vollständig blockiert, täuscht Spoofing den Empfänger, um eine falsche Positions-, Geschwindigkeits- oder Zeitlösung (PVT) zu berechnen. Diese Täuschung kann schwerwiegende Folgen in der Luftfahrt, der Seefahrt, bei autonomen Fahrzeugen, bei Militäroperationen und in kritischen Infrastrukturen haben.
Wie funktioniert Spoofing?
Spoofer erzeugen und senden gefälschte GNSS-Signale, die echten Satellitensignalen sehr ähnlich sind. Diese Signale sind oft stärker als authentische, wodurch sich der gefälschte Empfänger auf die gefälschten Daten einloggen kann. Der Angreifer überlagert allmählich die legitimen GNSS-Signale und verschiebt die berechnete Position oder Zeit, manchmal ohne dass der Empfänger die Änderung erkennt.
Um einen erfolgreichen Spoofing-Angriff durchzuführen, muss sich der Angreifer mit echten Satellitendaten synchronisieren, die Signalstruktur replizieren und sie dann so manipulieren, dass sie für das Zielsystem nahtlos erscheint. Hochentwickelte Spoofer verwenden ausgeklügelte Signalgeneratoren, die ganze Satellitenkonstellationen nachahmen können.
Erkennungstechniken
Verschiedene Methoden helfen bei der Erkennung von GNSS-Spoofing:
- Analyse der Signalstärke: Gefälschte Signale weisen oft anormale Leistungspegel oder plötzliche Anstiege auf.
- Inkonsistenzen bei der Ankunftszeit: Empfänger können Diskrepanzen in den Ankunftszeiten von Satellitensignalen erkennen.
- Angle-of-Arrival (AOA)-Erkennung: Antennenarrays erkennen ungewöhnliche Signalrichtungen und decken so falsche Quellen auf.
- Multi-Konstellations- und Multi-Frequenz-Überwachung: Der Vergleich mehrerer GNSS-Systeme (GPS, Galileo, GLONASS) hilft, Unregelmäßigkeiten zu erkennen.
- Integration des Inertial Navigation System (INS): INS liefert Positionsaktualisierungen unabhängig von GNSS und dient als Gegenprüfung zu gefälschten Daten.
Spoofing-Gegenmaßnahmen
Um Spoofing zu begegnen, implementieren Systementwickler Hardware- und Software-basierte Ansätze:
1 – Kryptografische GNSS-Signale: Modernisierte GNSS-Systeme wie Galileo (mit OSNMA) und GPS (mit M-Code) bieten authentifizierte Signale, obwohl noch nicht alle zivilen Empfänger diese unterstützen.
2 – Verbesserungen des Empfängerdesigns: Anti-Spoofing-Algorithmen vergleichen Signalparameter, Timing und Richtung, um bösartige Eingaben herauszufiltern.
3 – Sensorfusion: Die Kombination von GNSS mit Trägheitssensoren, Barometern, Magnetometern und visueller Odometrie macht Spoofing weniger effektiv, da die Navigationslösung nicht mehr ausschließlich auf Satellitensignalen basiert.
Militärische Systeme verfügen in der Regel über diese Funktionen, aber sie werden in kommerziellen Anwendungen wie autonomen Drohnen und in der Schifffahrt immer häufiger eingesetzt. Die Systeme können verwendet werden, um Spoofing, Meaconing oder Jamming zu mildern.
Welche Entwicklungen können wir in Zukunft erwarten?
Da Navigationssysteme zunehmend autonom werden und von Satellitensignalen abhängen, wächst das Risiko von Spoofing. Aufstrebende Sektoren wie autonome Autos, unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) und urbane Luftmobilität erfordern vertrauenswürdige Navigationsdaten. Regierungen und Industrien müssen widerstandsfähige Navigationsarchitekturen einführen, die Multi-Source-Verifizierung, robuste Sensorfusion und verschlüsselte Positionsdaten integrieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Spoofing eine stille, trügerische Bedrohung darstellt, die die Navigationsdaten eines Systems verändern kann, ohne Alarm auszulösen. Durch das Verständnis der Funktionsweise, das Erkennen seiner Präsenz und die Implementierung robuster Gegenmaßnahmen können Ingenieure und Betreiber Navigationssysteme schützen und das Vertrauen in globale Mobilitäts- und Positionierungstechnologien aufrechterhalten.
Machen Sie sich bereit für GNSS-Ausfälle