Global Navigation Satellite Systems Attacks and a Cloud-based Spoofing Detection for Unmanned Ships

Abstract

Satellite navigation systems are widely used in navigation for precise trajectory determination of transport equipment. In this article mathematical models and algorithms have been developed to solve the problems of satellite navigation safety. One of the problems is spoofing (substitution) — a situation in which a system (hardware, software, etc.) successfully masquerades as another by falsifying data system and performs illegal actions. What is considered in the paper is the spoofing detection algorithm based on the analysis of a civil satellite signal generated by the mobile GNSS-singleantenna receivers or dual-antenna. The article also serves to refine the civilian spoofing threat assessment by demonstrating the challenges involved in mounting a spoofing attack. The widespread deployment of GNSS is pushing the current receiver technology to its limits due to the stringent demands for providing seamless, ubiquitous and secure/reliable positioning. This fact is further aggravated by the advent of new applications where the miniaturized size, low power consumption and limited computational capabilities of user terminals pose serious concerns to the implementation of even the most basic GNSS signal processing tasks. This article presents the advantage of Cloud-Based GNSS Navigation, which facilitates the possibility of developing innovative applications where their particularities (e. g. massive processing of data, cooperation among users, security-related applications, etc.) make them suitable for implementation using a cloud-based infrastructure.

Спутниковые навигационные системы широко используются для точного определения траектории транспортных средств. В этой статье разработаны математические модели и алгоритмы для решения проблем безопасности спутниковой навигации. Одной из проблем является спуфинг (подстановка) — ситуация, когда система (аппаратное обеспечение, программное обеспечение и т. п.) успешно маскируется как другая, фальсифицируя систему данных, и выполняет незаконные действия. В статье рассматривается алгоритм обнаружения спуфинга на основе анализа гражданского спутникового сигнала, принимаемого мобильными одноантенными или двухантенными приемниками ГНСС. Эта работа также служит для уточнения оценки угроз среди гражданского населения путем демонстрации проблем, связанных с обнаружением спуфинга. Широкое распространение ГНСС подталкивает текущую технологию приемника к ее пределам из-за строгих требований к обеспечению бесшовного, повсеместного, безопасного и надежного позиционирования. Этот факт еще более усугубляется появлением новых приложений: миниатюрный размер, низкое энергопотребление и ограниченные вычислительные возможности пользовательских терминалов создают серьезную проблему для реализации даже самых основных задач обработки сигналов ГНСС. Эта работа иллюстрирует преимущество спутниковой навигации с использованием облачных технологий, которая облегчает возможность разработки инновационных приложений, таких как, например, массированная обработка данных, сотрудничество между пользователями, приложения, защищенные безопасностью и т. п.