Angriffe auf das Global Positioning System (GPS) Steffens Christian

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1 Angriffe auf das Global Positioning System (GPS) Steffens Christian

2 Einleitung Was ist GPS? ermöglicht weltweite Positionsbestimmung über Satelliten kontrolliert durch U.S. Militär keine Alternativen mit weltweiter Abdeckung Anwendungsbereiche: Navigationssystem im Auto Navigation in Luft und Seefahrt Militär und viele weitere Was soll gezeigt werden? Vorteile bekannt, aber überhaupt keine Alternativen? Angriffe möglich? Durch wen? Wie gefährlich? Welche Abwehrmaßnahmen? Zukunft: Alternativ Galileo 2

3 Geschichte & Grundlagen Geschichte: 1. Satellit 22. Februar 1978 System voll nutzbar 1992 aktuellste (53.) Satellit am 26. September 2005 Wie funktioniert es? siehe Seminararbeit 4 sichtbare Satelliten notwendig weltweite Nutzung: mindestens 24 Stück momentan 29 Stück aktiv 24 Stück auf 6 Bahnen in km Höhe 3

4 SatellitenSignale Standard Positioning Service (SPS): C/A Code (unverschlüsselt) Trägerfrequenz L1 (1575,42 Mhz) einzig freie und zivil nutzbare Signal Precise Positioning Service (PPS): P(Y)Code (verschlüsselt) Trägerfrequenz L1 (1575,42 Mhz) und L2 (1227,60 Mhz) Nur für U.S. Militär Genauigkeit: ± 15m Genauigkeit: ± 5m* 4

5 Differentielles GPS (DGPS) Erweiterung von GPS Netz von Sendestationen exakte Position bekannt Fehler erkennen Korrekturdaten berechnen Integritätsinformation per Funk an GPSEmpfänger Reichweite: km Genauigkeit: 3 5 m Regionale Kontrolle DGPS Station: GroßMohrdorf (NordDeutschland) 5

6 (regionale) Alternativen Glonass: russisches GPS freies & verschlüsseltes Signal Genauigkeit (zivil): ± 25m LoranC: funkbasiertes System Netz von Stationen an der Küste ( Seefahrt) Integritätsinformation Genauigkeit: m Problem: nur 13 aktive Satelliten zu wenig für weltweite Nutzung Kooperation mit Indien verspricht neue Satelliten (abwarten) Warum interessant? Erweiterung für GPS (Eurofix) Zukünftiges Fallback für GPS (eloran) 6

7 Anwendungen & Angriffe Störung des Empfang (jamming): Antenne beschädigen Störsignale aussenden GPSSignal überdecken Lösung: Abschirmung der Empfangseinrichtung Manipulation der GPSMitteilungen (spoofing): Gefälschte GPSSignale aussenden ( falsche Fährte ) Größere Gefahr als jamming? Lösung: Integritätsinformation (erkennen) Verschlüsselung (verhindern) Ausgewählte Anwendungen: Navigation in der (zivilen) Luftfahrt Militär: smartbombs 7

8 Zivile Luftfahrt Vorteile durch Nutzung von GPS: ein System für Start, Flug, Anflug und Landung Unabhängigkeit von lokalen Systemen Kostenreduzierung durch Einsparung lokaler Systeme Genauigkeit: 13 m bessere Ausnutzung des Luftraumes Probleme von GPS: Genauigkeit, Verfügbarkeit, Integrität GPS alleine reicht nicht Lösung: SBAS (Satellite Based Augmentation Systems) = DGPS über GPSunabhängige Satelliten WAAS: Nordamerika, Kanada EGNOS: Europa, NordAfrika MSAS: Japan Systeme derzeit noch in Erprobung 8

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10 Luftfahrt Angriffe jamming: Empfangseinrichtungen der Flugzeuge abgeschirmt Offensichtlich: SBAS unabdingbar Möglicher Angriff: (Zer)Störung SBAS nahezu unmöglich: Redundanz auf allen Ebenen (Monitor, Kontroll, Sendestationen und Satelliten) Falls doch: Flughäfen bieten lokales SBAS (LAAS) ~ DGPS Möglicher Angriff: (Zer)Störung GPS ebenfalls Redundanz in allen Bereichen Fehler der GPSSatelliten erkennt SBAS ( Integritätsinformationen) Totalausfall GPS: Galileo, eloran, teilweise Glonass Schwachpunkte: Abhängigkeit USA mögliches spoofing des Signals beides löst Galileo 10

11 Militär: Zielführung von Raketen (smart bombs) Zugriff: P(Y)Code Verschlüsslung und Integrität Entwicklung ursprünglich per LaserStrahl (fehleranfällig) Heute per GPS: JDAM (Joint Direct Attack Munition) Erster Einsätze im zweiten Golfkrieg (1990) auch als Upgrade angeboten Genauigkeit: 3m (vgl. 15m bei SPS) Zusätzlich: INS (inertial navigation system) TrägheitsNavigationsSystem 11

12 JDAM Angriffe Jamming: Gerüchte während IrakKrieg, tatsächlich? Abschirmung als Feature neue Raketen resistent Fehleinschläge als Beweis? menschlicher Fehler SatellitenFotos falsch gedeutet z.b. Attrappe eines Panzers Ausfall GPS: nur INS ± 30m Spoofing: unmöglich, da P(Y)Code verschlüsselt 12

13 Problem: spoofing? Unklare Situation: keine bekannten Zwischenfälle Fakt: spoofing durch U.S. Militär Selective Availabilty (SA): SPS künstlich verschlechtert von 1989 bis 2. Mai 2000 Genauigkeit: nur 100m Was ist mit anderen Parteien? schwerwiegende Folgen für Nutzung des SPS (unverschlüsselt) Integrität und Verschlüsselung schützen bei GPS nur der P(Y)Code Motivation für DGPS/SBAS Modernisierung GPS Galileo Selective Deniability (SD): regionale Verschlechterung z.b. im Kriegsgebiet 13

14 Alternative Galileo Wieso? Abhängigkeit USA / U.S. Militär erhöhte Genauigkeit und Integrität ohne Erweiterungen Verschlüsselung zivile Signal Wie? Aufbau & Funktion wie GPS 30 Satelliten auf 3 Bahnen Start: 28. Dezember 2005 Nutzbar: 2011 Kosten: 3.5 Mrd. inkl. Bodensegment, aber ohne Wartungskosten mittlerweile schon überschritten 1. Galileo Satellit GIOVEA 14

15 Galileo: Dienste & Vorteile Open Service (OS): entspricht SPS, frei nutzbar Navigationssysteme im PKW, Handempfänger Commercial Service (CS): hohe Genauigkeit, Steigerung möglich kostenpflichtig, verschlüsselt, optional Integrität exakte Bestimmung, Fahrzeugleitsysteme SafetyofLifeService (SOL): Integritätsinformation + Verschlüsselung Luft, See und Bahnverkehr Public Regulated Service (PRS): Verschlüsselung & Integritätsinformation hohe Verfügbarkeit (Kriegen, Krisen) nur autorisierte Nutzer Europol, Sicherheitskräfte, Nachrichten und Geheimdienste SearchandRescueDienst (SAR): Weltweiter Notruf mit Positionsbestimmung Integrität und Verschlüsselung ab Werk Unabhängigkeit von USA / U.S. Militär Genauigkeit: 5 10 m (OS, CS) 4 6 m (SOL, PRS) Gemeinsame Nutzung mit GPS (vorgesehen) Hohe Sendeleistung: Nutzung in Gebäuden aktive Beteiligung der Industrie in Entwicklung, Ausbau und Wartung Galileo ist keine Kopie von GPS 15

16 Fazit GPS hat Probleme mit Genauigkeit, Verfügbarkeit und Integrität in sicherheitskritischen Bereichen (z.b. Luftfahrt) Lösungen: DGPS, SBAS, eloran, INS GPS offenbar nicht perfekt Angriffe möglich, aber nur theoretisch (SBAS, GPS) in unkritischen Bereichen, GPS ohne Erweiterungen (z.b. Verkehrswesen) Schwachstellen: Abhängigkeit USA / U.S. Militär Spoofing von unverschlüsselten Signalen? Galileo hat diese Probleme nicht Nutzung von GPS (in Kombination mit Erweiterung) ist sicher, unter der Annahme das ein Spoofing des unverschlüsselten Signals unmöglich ist. 16

17 Zukunft von GPS Start von GPS2RM1 Modernisierung notwendig: Sicherheitskritische Anwendungen Konkurrent Galileo? 1. Phase: Navstar2RM neuer MilitärCode M C/A über L2 Integritätsinformation für C/A Start: Nutzbar: 2011 Genauigkeit: 5 Meter 2. Phase: Navstar2F neues ziviles Signal L5 (1176,45 Mhz) Nutzbar: 2015 Genauigkeit: 0,5 Meter Fazit: Genauigkeit gesteigert Integritätsinformation keine Verschlüsselung 17

18 Alle Systeme im Überblick Verfahren Genauigkeit Integrität Verschlüsselung weltweit nutzbar GPS inkl. SA 100m GPS ohne SA 15m GPS Militär 5m GPS mit DGPS 35m GPS mit SBAS 13m GPS 2RM L1/L2 5m* GPS 2F L1/L2/L5 0,5m* GPS 2RM/2F Militär? LoranC m Glonass Zivil 25m Glonass Militär?? Galileo OS 510m Galileo CS global 510m optional Galileo CS lokal 10cm1m optional Galileo SOL 46m Galileo PRS global 46m Galileo PRS lokal 1m

19 Beispiel: PKWAlarmanlage Dolphin Satalarm G2T mit ecall Paket GSMZellortung GPSSatellitenortung Arten der Alarmierung Anruf, SMS Steuerung über Internet/WAP Absicherung der Zündung Absicherung der Fahrzeugtüren Erschütterungssensor Abschleppsensor CrashSensor AntiCarJacking Funktion Notstromversorgung Kommunikation GSM 900/1800 Betriebsspannung 12/24V Preis 899,00 19

20 Ground Segment GPS 20

21 Selective Availability Mit Selective Availability Ohne Selective Availability 21

22 Ideale Bedingungen

23 Problem: Realität : tatsächliche Entfernung : gemessene Entfernung

24 Lösung: : tatsächliche Entfernung : gemessene Entfernung