零信任才是GPS安全的 “特效药”
作者:星期四, 二月 20, 20200

围绕大数据和人工智能时代GPS和地理信息系统GIS相关应用的重要性不断提升,安全问题日益突出,全球卫星定位系统竞争局势正在不断升温。种种迹象表明,GPS正面临一次重大安全变革。

禁令凸显GPS战略价值和安全问题严峻性

2019年1月初,据路透社报道,特朗普政府将从1月中旬开始采取措施限制GIS人工智能软件的出口(加拿大除外),从美国出口某些类型的地理空间图像软件的公司必须申请许可。

业内人士透露,美国公司的ARCGIS和AIS产品属于禁令限制范围。

特朗普的GIS“禁售令”,再次激起了业界和公众对GPS安全问题的关注。

不仅仅是GIS系统离不开GPS(以及其他全球定位系统),事实上GPS正在成为我们这个星球的节拍器和定位器。供应链、海洋运输、港口停靠、证券交易,甚至我们的汽车、自行车和城市中的日常活动都依赖于太空盘旋的卫星群,才能使所有这些活动能有条不紊、精确定位和运行。

在安全牛深度报道《痛中思痛:大安全时代EOC与SOC酝酿变法》一文中,我们曾强调过GIS系统在打造下一代可视化、智能化应急响应系统中的重要性(无论是公共卫生安全、基础建设、自动驾驶还是疫情或网络安全应急响应都是如此)。

特朗普一天的行踪

与此同时,GPS数据的安全性问题也日益凸显。在《史上最大规模手机位置数据文件披露:可追踪特朗普行踪》一文中,纽约时报隐私项目通过不包含任何个人信息的海量位置数据,就可以精确锁定特朗普的行踪(上图)。安全牛认为:移动设备位置信息可能是除了DNA以外,第二个完全无法“脱敏”和“匿名化”的超级隐私数据。数年前,仅仅一个健身手环的APP位置数据,就可以精确描绘出美墨边境巡逻队的行动路线,而更多的来自蓝牙、GPS、手机基站的海量定位信息,足以提取一个人最底层的秘密和隐私,例如癖好、婚外情、职业、爱好、身份、财富、健康、人际网络等等。

GPS不仅仅是个人隐私的“超级黑洞”,其安全性问题造成的国民经济损失也相当惊人,根据英国政府科学办公室发布的一份报告,如果GPS出现重大故障,英国每天会损失10亿英镑。而根据Mapillary的报告,物流和快递公司每年因地图问题导致的里程和时间成本损失高达60亿美元。

价值越高诱惑越大,GPS正遭受越来越多的攻击,最常见的就是信号干扰和拒绝服务攻击(包括欺骗)。GPS欺骗会假冒GPS卫星的信号发送虚假数据,从而使设备无法获得准确的位置或根本无法获得任何位置信息。

过去,GPS欺骗活动往往与国家黑客或电子战部队联系在一起,美国高级防御研究中心(C4ADS)曾发布过一个《俄罗斯和叙利亚的GPS欺骗事件调查报告》,详细描述了俄罗斯在克里米亚、黑海和叙利亚的GPS干扰活动,并提供了俄罗斯电子战部队在普京公共活动期间感染GPS信号的证据。

去年底《麻省理工学院技术评论》曾发表一篇深度文章,报道了上海港口发生的一系列GPS欺骗“幽灵船”事件:AIS系统上的船舶位置信号在港口周围发生“跳跃”。报道透露该地区一系列大规模GPS欺骗事件可能与盗挖黄浦江河沙和走私原油的不法分子有关,他们利用GPS欺骗和干扰技术成功骗过负责港口监控调度的AIS系统。

但令人震惊的是,不法分子的GPS欺骗的干扰范围甚至覆盖到了部分市区,上图是上海市区内自行车GPS应用被干扰后的“诡异”轨迹。这一系列事件也意味着GPS安全脆弱性,以及GPS欺骗技术在不法分子中的扩散(一套足以影响自动驾驶汽车的个人干扰设备价格不到300美元)对公共安全已经构成严重威胁。

安全牛查阅了美国海岸警卫队的全球GPS事件状态报告发现,除上海外,2019年全球包括埃及塞得港、苏伊士港、利比亚港等多个港口都发生过类似的GPS干扰或服务中断事件。此外,新西兰航空公司在2019年7月18日遭遇了长达2-3小时的ADS-B地面站通讯中断。鉴于全球超过半数的海难事故与导航系统问题有关,GPS频发的安全性问题已经严重威胁到人民生命财产和交通运输安全。

除了工业GPS应用外,一些流行的个人GPS应用,例如地图导航也存在很多意想不到的“低科技漏洞“,一位德国艺术家曾用99部手机发起“低科技攻击”,在Google地图中人为制造了一起“虚拟交通拥堵”。(视频如上)

除了对GPS进行更直接的攻击外,美国GPS系统的垄断地位也岌岌可危。中国已经发射了自己的北斗卫星系统,而俄罗斯(GLONASS)、日本(QZSS)、印度(NavIC)和欧盟(Galileo)等其他国家也越来越多地试图用自己的技术来“增强”GPS系统,如下图所示:

零信任才是GPS安全的“特效药”

GPS属于一种称为定位、导航和计时服务的技术——PNT。GPS以在地图上精确定位设备的能力而闻名,但在同步时钟方面也至关重要,特别是在毫秒级至关重要的极其敏感的操作中。

由于该技术的经济重要性日益提高,以及攻击风险的日益增加,迫使特朗普政府采取行动。在2月12日宣布生效的新行政命令中,美国政府为商务部创建了一个框架,以率先确定对美国现有PNT系统的威胁,并确保整个政府的采购流程都将这些威胁考虑在内。

此过程以“PNT配置文件”的形式出现,白宫官网上发布的行政命令对此进行了描述:

PNT配置文件将使公共和私营部门能够识别依赖于PNT服务的系统、网络和资产;确定适当的PNT服务;检测PNT服务的中断和操纵;并管理依赖于PNT服务的系统,网络和资产的相关风险。一旦提供PNT配置文件,则应每2年对其进行审查,并在必要时进行更新。

换句话说,这些配置文件旨在确保系统彼此协同工作并进行身份验证,以使系统在设计中不存在(显而易见的)安全漏洞。

但是业内专家似乎并不太看好特朗普行政命令的“疗效“。

“这是很好的第一步,但不太可能在保护PNT基础架构方面发挥作用。” Booz Allen Hamilton副总裁凯文·科金斯(Kevin Coggins)负责公司的GPS弹性实践,他解释说:“在一个系统中,如果只是盲目地集成了这些(合规)内容,而没有一开始就将安全性考虑在体系结构设计中……那么,你面对的就是扩大的威胁面。”

关于特朗普行政命令,科金斯认为:

下一步,联邦政府应考虑跨行业标准,这些标准应当具备系统多样性、频谱多样性和零信任架构。

系统多样性解决了对单个系统(例如GPS)的依赖性——一些PNT替代方案对GPS过于依赖,因此,如果GPS受到干扰,系统服务就会中断。

频谱多样性包括使用其他频率来承载PNT信息(例如在使用eLORAN或multi-GNSS的系统中),而不仅仅是具有易于被锁定目标的单一频率。

最终,零信任体系结构将使PNT接收器能够在使用之前验证导航和定时信号,而不是盲目地信任它们。

其实不仅仅是GPS,整个卫星定位领域的安全性面临的风险和关注热度都在不断增加。GPS和GIS相关的安全(可信)问题已经成为对新经济威胁最大安全问题之一,反GPS欺骗安全技术,尤其是零信任架构垂直应用的市场需求有望急速飙涨。

参考资料

美国限制GIS人工智能软件出口:

https://www.reuters.com/article/us-usa-artificial-intelligence/u-s-government-limits-exports-of-artificial-intelligence-software-idUSKBN1Z21PT

美国海岸警卫队全球GPS问题报告:

https://navcen.uscg.gov/?Do=GPSReportStatus#definition

美国高级防御研究中心C4ADS《俄罗斯与叙利亚的GPS欺骗调查报告》:

https://www.c4reports.org/aboveusonlystars

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