비행기가 안전하게 착륙하기 위해 사용하는 무선 항법 시스템은 안전하지 않으며 해킹에 취약합니다.

비행기가 활주로를 찾기 위해 사용하는 신호는 600달러짜리 워키토키로 위조할 수 있습니다.

스푸핑된 신호로 인한 라디오 공격을 시연하는 비행기. KGS 활주로 오른쪽에 착륙

단일 엔진 Cessna든 50석 규모의 점보 제트기든 지난 600년 동안 비행한 거의 모든 항공기는 공항에 안전하게 착륙하기 위해 무선 통신에 의존해 왔습니다. 이러한 계기 착륙 시스템(ILS)은 GPS 및 기타 항법 시스템과 달리 착륙 위치를 기준으로 항공기의 수평 방향, 줄무늬 및 수직 하강 각도에 대한 중요한 실시간 정보를 제공하기 때문에 정밀 접근 시스템으로 간주됩니다. 많은 상황에서(특히 밤에 안개나 비 속에서 착륙할 때) 이 무선 항법은 항공기가 활주로의 시작 부분과 정확히 중간에 착륙하도록 보장하는 주요 방법으로 남아 있습니다.

과거에 만들어진 다른 많은 기술과 마찬가지로 KGS는 해킹으로부터 보호 기능을 제공하지 않았습니다. 무선 신호는 암호화되지 않으며 그 진위 여부를 확인할 수 없습니다. 조종사는 공항의 할당된 주파수에서 시스템이 수신하는 오디오 신호가 공항 운영자가 방송하는 실제 신호라고 가정합니다. 수년 동안 이 보안 결함은 눈에 띄지 않았습니다. 그 이유는 신호 스푸핑의 비용과 어려움으로 인해 공격이 무의미해졌기 때문입니다.

그러나 이제 연구자들은 산업계의 거의 모든 민간 공항에서 사용되는 CGS의 보안에 대한 의문을 제기하는 저렴한 해킹 방법을 개발했습니다. 600달러짜리 라디오 사용하기 프로그램 제어, 연구원은 조종사의 항법 장비가 비행기가 항로를 벗어났음을 나타내도록 공항 신호를 스푸핑할 수 있습니다. 훈련에 따르면 조종사는 강하율이나 선박의 자세를 교정해야 하므로 사고 위험이 있다.

공격 기법 중 하나는 하강 각도가 실제보다 작다는 가짜 신호를 보내는 것입니다. 위조된 메시지에는 소위 말하는 내용이 포함되어 있습니다. 조종사에게 하강 각도를 높이도록 알리는 "테이크다운" 신호로, 활주로가 시작되기 전에 항공기가 착륙하게 될 수도 있습니다.

영상에는 착륙하는 비행기에 위협이 될 수 있는 조작된 신호가 담겨 있습니다. 공격자는 조종사에게 자신의 비행기가 활주로 중앙선의 왼쪽에 있다는 신호를 보낼 수 있는데, 실제로는 비행기가 정확히 중앙에 있습니다. 조종사는 비행기를 오른쪽으로 잡아당겨 반응하게 되고 결국 비행기가 옆으로 표류하게 됩니다.

보스턴에 있는 노스이스턴 대학의 연구원들은 조종사 및 안전 전문가와 상담한 결과, 이러한 신호 스푸핑이 대부분의 경우 충돌로 이어질 가능성이 낮다는 점에 주의를 기울였습니다. CGS 오작동은 알려진 안전 위험이며 숙련된 조종사는 이에 대응하는 방법에 대한 광범위한 교육을 받습니다. 날씨가 맑은 날에는 조종사가 항공기가 활주로 중앙선에 정렬되어 있지 않다는 것을 쉽게 알아차리고 우회할 수 있습니다.

합리적으로 회의적인 또 다른 이유는 공격 실행이 어렵다는 것입니다. 프로그래밍 가능한 라디오 방송국 외에도 지향성 안테나와 증폭기가 필요합니다. 해커가 비행기에서 공격을 시작하려는 경우 이 모든 장비를 비행기로 밀반입하는 것은 매우 어려울 것입니다. 그가 지상에서 공격하기로 결정했다면 주의를 끌지 않고 장비를 랜딩 스트립과 정렬하는 데 많은 작업이 필요할 것입니다. 더욱이 공항에서는 일반적으로 민감한 주파수에 대한 간섭을 모니터링하는데, 이는 공격이 시작된 후 곧 중단될 수 있음을 의미할 수 있습니다.

2012년에 연구원 브래드 헤인즈(Brad Haynes)는 렌더맨, 노출된 취약점 항공기가 자신의 위치를 ​​파악하고 다른 항공기에 데이터를 전송하는 데 사용하는 ADS-B(자동 종속 감시 방송) 시스템에서. 그는 실제로 CGS 신호를 스푸핑할 때의 어려움을 다음과 같이 요약했습니다.

위치, 숨겨진 장비, 악천후, 적절한 목표, 동기가 뛰어나고 똑똑하며 재정적으로 권한이 있는 공격자 등 모든 것이 합쳐지면 어떻게 될까요? 최악의 경우 항공기가 풀밭에 착륙해 부상이나 사망이 발생할 수 있지만 안전한 항공기 설계와 신속한 대응팀은 대규모 화재로 인해 항공기 전체가 손실될 가능성이 거의 없도록 보장합니다. 이러한 경우 착륙이 중단되고 공격자는 더 이상 착륙을 반복할 수 없습니다. 가장 좋은 시나리오에서는 조종사가 불일치를 발견하고, 바지를 더럽히고, 고도를 높이고, 돌아다니며 CGS에 문제가 있음을 보고할 것입니다. 공항에서는 조사를 시작할 것이며, 이는 공격자가 더 이상 원하지 않을 것임을 의미합니다. 근처에 있어.

따라서 모든 것이 합쳐지면 결과는 최소화됩니다. 이를 투자 수익률 및 1000달러짜리 드론으로 이틀 동안 히드로 공항 주변을 비행하는 멍청이의 경제적 영향과 비교해 보세요. 확실히 드론은 그러한 공격보다 더 효과적이고 실행 가능한 옵션이었습니다.

하지만 연구원들은 위험이 있다고 말합니다.활공 경로(완벽하게 착륙하는 동안 비행기가 따르는 가상의 선) 내에 착륙하지 않는 비행기는 날씨가 좋을 때에도 감지하기가 훨씬 어렵습니다. 더욱이, 일부 바쁜 공항에서는 지연을 피하기 위해 시야가 좋지 않은 상황에서도 항공기에게 실수로 접근하지 않도록 지시합니다. 명령 많은 미국 공항이 따르는 미국 연방 항공국(US Federal Aviation Administration)의 착륙 지침에 따르면 그러한 결정은 고도 15m에서만 이루어져야 하며 유럽에서도 유사한 지침이 적용됩니다. 시각적 주변 조건이 CGS의 데이터와 일치하지 않는 경우 조종사가 착륙을 안전하게 중단할 시간이 거의 없습니다.

연구원들은 논문에서 “중요한 착륙 절차 중 장비 오류를 감지하고 복구하는 것은 현대 항공에서 가장 어려운 작업 중 하나입니다.”라고 썼습니다. 작업 "항공기 활공 경로 시스템에 대한 무선 공격"이라는 제목으로 채택됨 제28회 USENIX 보안 심포지엄. "조종사가 일반적으로 CGS와 계기에 얼마나 많이 의존하는지를 고려할 때, 특히 자율 접근 및 비행 작동 중에 오류와 악의적인 간섭은 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다."

KGS 실패는 어떻게 되나요?

몇몇 재난에 가까운 착륙은 CGS 실패의 위험성을 보여줍니다. 2011년, 승객 327명과 승무원 143명이 탑승한 싱가포르항공 SQ15편이 독일 뮌헨 공항 활주로 10m 상공에서 갑자기 왼쪽으로 기울었습니다. 착륙 후 보잉 777-300은 왼쪽으로 방향을 틀었다가 오른쪽으로 방향을 틀어 중앙선을 넘어 활주로 오른쪽 잔디밭에 랜딩기어를 놓은 채 정지했다.

В 보고 독일 연방 항공기 사고 조사 위원회(German Federal Aircraft Accident Investigation Commission)가 발표한 이 사건에 대해 비행기가 착륙 지점을 500m 놓쳤다고 기록되어 있습니다. 조사관은 이 사건의 범인 중 하나가 로컬라이저 착륙 비콘 신호의 왜곡이라고 말했습니다. 비행기에서. 사상자는 보고되지 않았지만 이번 사건은 CGS 시스템 고장의 심각성을 강조했습니다. 비극적으로 끝날 뻔한 CGS 실패와 관련된 다른 사고로는 60년 뉴질랜드 항공편 NZ 2000과 3531년 Ryanair 항공편 FR2013이 있습니다. 동영상은 후자의 경우 무엇이 잘못되었는지 설명합니다.

Vaibhab Sharma는 실리콘 밸리 보안 회사의 글로벌 운영을 운영하며 2006년부터 소형 비행기를 조종해 왔습니다. 그는 또한 아마추어 통신 운영자 자격증을 보유하고 있으며 민간 항공 순찰대의 자원 봉사 회원으로 그곳에서 구조원 및 무선 운영자로 훈련을 받았습니다. 그는 X-Plane 시뮬레이터에서 비행기를 조종하여 비행기가 활주로 오른쪽에 착륙하게 하는 신호 스푸핑 공격을 시연합니다.

샤르마는 우리에게 이렇게 말했습니다.

CGS에 대한 이러한 공격은 현실적이지만 그 효과는 공격자의 항공 항법 시스템에 대한 지식 및 접근 조건을 포함한 여러 요소의 조합에 따라 달라집니다. 적절하게 사용하면 공격자는 공항 주변의 장애물을 향해 항공기의 방향을 바꿀 수 있으며, 시야가 좋지 않은 상황에서 수행하면 조종사 팀이 편차를 감지하고 처리하기가 매우 어려워집니다.

그는 이번 공격이 소형 항공기와 대형 제트기 모두를 위협할 가능성이 있지만 그 이유는 서로 다르다고 말했습니다. 소형 비행기는 낮은 속도로 이동합니다. 이는 조종사가 반응할 시간을 줍니다. 반면, 대형 제트기에는 불리한 상황에 대응할 수 있는 승무원이 더 많으며 조종사는 일반적으로 더 빈번하고 엄격한 훈련을 받습니다.

그는 크고 작은 비행기에서 가장 중요한 것은 착륙하는 동안 주변 상황, 특히 날씨를 평가하는 것이라고 말했습니다.

Sharma는 “조종사가 성공적인 착륙을 위해 장비에 더 많이 의존해야 할 때 이와 같은 공격은 더 효과적일 가능성이 높습니다.”라고 말했습니다. "시정이 좋지 않은 야간 착륙이 될 수도 있고, 열악한 조건과 혼잡한 공역이 결합되어 조종사가 더 바빠야 하므로 자동화에 크게 의존하게 될 수도 있습니다."

공격 개발을 도운 Northeastern University의 연구원 Aanjan Ranganathan은 CGS가 실패할 경우 GPS에 의존하여 도움을 받을 수 없다고 말했습니다. 효과적인 스푸핑 공격에서 활주로로부터의 편차는 10미터에서 15미터 사이입니다. 더 큰 것은 조종사와 항공 교통 관제사에게 보이기 때문입니다. GPS는 이러한 편차를 감지하는 데 큰 어려움을 겪습니다. 두 번째 이유는 GPS 신호를 스푸핑하는 것이 매우 쉽다는 것입니다.

Ranganathan은 “CGS 스푸핑과 동시에 GPS도 스푸핑할 수 있습니다.”라고 말했습니다. "전체 문제는 공격자의 동기 정도입니다."

KGS의 전신

KGS 테스트가 시작되었습니다 1929년에, 최초의 작업 시스템은 1932년 독일 베를린-템펠호프 공항에 배치되었습니다.

KGS는 가장 효과적인 착륙 시스템 중 하나로 남아 있습니다. 예를 들어, 다른 접근 방식은 다음과 같습니다. 전방향 방위각 비콘, 로케이터 비콘, 위성 위치 확인 시스템 및 유사한 위성 내비게이션 시스템은 수평 또는 측면 방향만 제공하기 때문에 부정확한 것으로 간주됩니다. KGS는 수평 및 수직(활공 경로) 방향을 모두 제공하므로 정확한 랑데뷰 시스템으로 간주됩니다. 최근에는 부정확한 시스템이 점점 더 많이 사용되었습니다. CGS는 자동 조종 장치 및 자동 착륙 시스템과 점점 더 연관되었습니다.

CGS 작동 방식: 로컬라이저[로컬라이저], 글라이드 슬로프[글라이드슬로프] 및 마커 비콘[마커 비콘]

CGS에는 두 가지 주요 구성 요소가 있습니다. 로컬라이저는 비행기가 활주로 중심선의 왼쪽 또는 오른쪽으로 오프셋되어 있는지 여부를 조종사에게 알려주고, 활공 경사는 비행기가 활주로의 시작을 놓치기에는 하강 각도가 너무 높은지 여부를 조종사에게 알려줍니다. 세 번째 구성 요소는 마커 비콘입니다. 이는 조종사가 활주로까지의 거리를 결정할 수 있게 해주는 표시 역할을 합니다. 수년에 걸쳐 점점 더 GPS 및 기타 기술로 대체되었습니다.

로컬라이저는 두 세트의 안테나를 사용하여 두 가지 서로 다른 음높이(하나는 90Hz, 다른 하나는 150Hz)와 착륙장 중 하나에 할당된 주파수를 방출합니다. 안테나 배열은 일반적으로 이륙 지점 뒤 활주로 양쪽에 위치하므로 착륙 항공기가 활주로 중앙선 바로 위에 위치할 때 소리가 상쇄됩니다. 편차 표시기는 중앙에 수직선을 표시합니다.

항공기가 오른쪽으로 방향을 바꾸면 150Hz 소리가 점점 더 들리게 되어 편차 표시 포인터가 중앙에서 왼쪽으로 이동합니다. 기체가 왼쪽으로 방향을 바꾸면 90Hz 소리가 들리고 포인터가 오른쪽으로 이동합니다. 물론 로컬라이저는 항공기 자세의 시각적 제어를 완전히 대체할 수는 없으며 핵심적이고 매우 직관적인 방향 지정 수단을 제공합니다. 조종사는 비행기가 중심선 바로 위에 있도록 포인터를 중앙에 유지하기만 하면 됩니다.

글라이드 슬로프는 거의 동일한 방식으로 작동하지만 착륙장의 시작 부분을 기준으로 항공기의 하강 각도를 표시합니다. 비행기의 각도가 너무 낮으면 90Hz 소리가 들리고 계기는 비행기가 하강해야 함을 나타냅니다. 하강이 너무 급격할 때 150Hz의 신호는 비행기가 더 높이 비행해야 함을 나타냅니다. 항공기가 약 XNUMX도의 규정된 활공 경로 각도를 유지하면 신호가 취소됩니다. 두 개의 활공 경로 안테나는 특정 공항에 적합한 활공 경사 각도에 따라 결정되는 특정 높이의 타워에 위치합니다. 타워는 일반적으로 스트립 접촉 영역 가까이에 위치합니다.

완벽한 가짜

노스이스턴 대학 연구원들의 공격은 상용 소프트웨어 무선 송신기를 사용합니다. $400-$600에 판매되는 이 장치는 공항의 SSC에서 보낸 실제 신호인 것처럼 가장하여 신호를 전송합니다. 공격자의 송신기는 공격 항공기 기내와 지상 모두에 위치할 수 있으며 공항에서 최대 5km 거리에 있습니다. 공격자의 신호가 실제 신호의 전력을 초과하는 한 KGS 수신기는 공격자의 신호를 인식하고 공격자가 계획한 수직 및 수평 비행 경로를 기준으로 방향을 보여줍니다.

교체품이 제대로 구성되지 않은 경우 조종사는 계기 판독값의 갑작스럽거나 불규칙한 변화를 보게 되며 이를 CGS의 오작동으로 착각하게 됩니다. 가짜를 인식하기 더 어렵게 만들기 위해 공격자는 다음을 사용하여 항공기의 정확한 위치를 명확히 할 수 있습니다. ADS-V, 매초마다 항공기의 GPS 위치, 고도, 지상 속도 및 기타 데이터를 지상국 및 기타 선박에 전송하는 시스템입니다.

이 정보를 사용하여 공격자는 접근하는 항공기가 활주로를 기준으로 왼쪽이나 오른쪽으로 이동할 때 신호를 스푸핑하기 시작할 수 있으며 항공기가 수평으로 진행하고 있다는 신호를 공격자에게 보낼 수 있습니다. 공격을 위한 최적의 시간은 기사 시작 부분의 데모 비디오에 표시된 것처럼 항공기가 웨이포인트를 막 통과했을 때입니다.

그런 다음 공격자는 올바른 경로의 오프셋이 항공기의 모든 움직임과 일치하도록 악성 신호를 지속적으로 조정하는 실시간 신호 수정 및 생성 알고리즘을 적용할 수 있습니다. 공격자가 완벽한 가짜 신호를 만드는 기술이 부족하더라도 CGS를 너무 혼란시켜 조종사가 착륙에 의존할 수 없게 될 수 있습니다.

신호 스푸핑의 한 변형은 "섀도잉 공격"으로 알려져 있습니다. 공격자는 공항 송신기의 신호보다 더 큰 전력으로 특별히 준비된 신호를 보냅니다. 공격자의 송신기는 이를 위해 일반적으로 20와트의 전력을 전송해야 합니다. 섀도잉 공격을 사용하면 신호를 확실하게 스푸핑하는 것이 더 쉬워집니다.

그림자 공격

신호를 대체하는 두 번째 옵션은 "원톤 공격"으로 알려져 있습니다. 공항의 KGS보다 적은 전력으로 동일한 주파수의 소리를 보낼 수 있다는 장점이 있다. 여기에는 몇 가지 단점이 있습니다. 예를 들어 공격자는 항공기의 세부 사항(예: CGS 안테나의 위치)을 정확히 알아야 합니다.

단일 톤 공격

쉬운 해결책은 없습니다

연구원들은 스푸핑 공격의 위협을 제거할 방법이 아직 없다고 말합니다. 전방향 방위각 비컨, 위치 탐지기 비컨, 위성 위치 확인 시스템 및 유사한 위성 항법 시스템을 포함한 대체 항법 기술은 인증 메커니즘이 없으므로 스푸핑 공격에 취약한 무선 신호입니다. 또한 KGS와 GPS만이 수평 및 수직 접근 궤적에 대한 정보를 제공할 수 있습니다.

연구자들은 연구에서 다음과 같이 썼습니다.

다음과 같은 기술이 직면한 대부분의 보안 문제는 ADS-V, 에이카스 и TCAS, 암호화를 도입하여 수정할 수 있습니다. 그러나 암호화만으로는 지역화 공격을 방지할 수 없습니다. 예를 들어, 군사 항법 기술과 유사한 GPS 신호 암호화는 스푸핑 공격을 어느 정도 방지할 수 있습니다. 마찬가지로 공격자는 필요한 시간 지연으로 GPS 신호의 방향을 바꾸고 위치 또는 시간 대체를 달성할 수 있습니다. GPS 스푸핑 공격을 완화하고 수신기 측에서 유사한 시스템을 만드는 방법에 대한 기존 문헌에서 영감을 얻을 수 있습니다. 대안은 거리 제한과 보안 근접 확인 기술을 기반으로 하는 대규모 보안 위치 확인 시스템을 구현하는 것입니다. 그러나 이를 위해서는 양방향 의사소통이 필요하며 확장성, 타당성 등에 대한 추가 연구가 필요합니다.

미국 연방항공청은 연구원들의 시연에 대해 논평할 만한 정보가 충분하지 않다고 말했습니다.

이 공격과 수행된 상당한 양의 연구는 인상적이지만 작업의 주요 질문은 여전히 ​​답이 없습니다. 누군가가 실제로 그러한 공격을 수행하는 데 기꺼이 기꺼이 참여할 가능성은 얼마나 됩니까? 해커가 원격으로 사용자 컴퓨터에 악성 코드를 설치하거나 널리 사용되는 암호화 시스템을 우회할 수 있는 취약점과 같은 다른 유형의 취약점은 쉽게 수익을 창출할 수 있습니다. CGS 스푸핑 공격의 경우에는 그렇지 않습니다. 심장 박동기 및 기타 의료 기기에 대한 생명을 위협하는 공격도 이 범주에 속합니다.

그러한 공격의 동기를 파악하기는 더 어렵지만, 그 가능성을 무시하는 것은 실수입니다. 안에 보고세계 분쟁과 국가 간 안보를 다루는 비영리 단체인 C4ADS가 65월에 발표한 보고서에 따르면 러시아 연방은 선박의 항법 시스템이 XNUMX마일 이상 궤도를 벗어나게 만드는 GPS 시스템 장애에 대한 대규모 테스트에 자주 참여했다는 사실이 밝혀졌습니다.실제로 보고서에 따르면 크리미아 교량을 개통하는 동안(즉, "자주"가 아니라 단 한 번만) 이 교량에 위치한 송신기에 의해 글로벌 내비게이션 시스템이 중단되었으며 그 작업이 근처에서도 느껴졌습니다. 이곳에서 65km(마일이 아님) 떨어진 곳에 위치한 아나파입니다. "그래서 모든 것이 사실입니다"(c) / 대략. 번역].

보고서는 “러시아 연방은 세계 항법 시스템을 속이는 능력을 활용하고 개발하는 데 비교 우위를 갖고 있다”고 경고합니다. "그러나 이러한 기술의 저렴한 비용, 공개 가용성 및 사용 용이성은 국가뿐만 아니라 반군, 테러리스트 및 범죄자에게도 국가 및 비국가 네트워크를 불안정하게 만들 수 있는 충분한 기회를 제공합니다."

CGS 스푸핑은 2019년에는 난해해 보이지만, 공격 기술이 더 잘 이해되고 소프트웨어로 제어되는 무선 송신기가 더욱 일반화됨에 따라 향후 몇 년 동안 CGS 스푸핑이 더욱 일반화될 것이라고 생각하는 것은 전혀 무리가 없습니다. 사고를 일으키기 위해 CGS에 대한 공격을 수행할 필요는 없습니다. 불법 드론으로 인해 지난 XNUMX월 크리스마스 며칠 전 런던 개트윅 공항이 폐쇄되고 XNUMX주 후에 히드로 공항이 폐쇄되는 방식으로 공항을 교란시키는 데 사용될 수 있습니다.

Ranganathan은 “돈이 동기 중 하나이지만 권력을 과시하는 것도 또 다른 동기입니다.”라고 말했습니다. – 수비적인 관점에서 볼 때 이러한 공격은 매우 중요합니다. 이 세상에는 힘을 보여주고 싶어하는 사람들이 충분히 있기 때문에 이 문제를 처리해야 합니다.”

출처 : habr.com