Semnalul prin care avioanele găsesc pista de aterizare poate fi falsificat cu ajutorul unei stații radio de 600 $
Avionul demonstrează atacul asupra radio-ului din cauza semnalelor false aterizează mai spre dreapta pistei de aterizare
Practically orice vehicul aerian care a decolat în ultimii 50 de ani – fie că este vorba de un avion cu un singur motor Cessna sau de un uriaș avion cu 600 de locuri – a beneficiat de ajutorul stațiilor de radio pentru a ateriza în siguranță pe aeroporturi. Aceste sisteme de ghidare de apropiere, ILS (Instrument Landing System), sunt considerate sisteme de apropiere de precizie, deoarece, spre deosebire de GPS și alte sisteme de navigație, oferă informații esențiale în timp real despre orientarea orizontală a avionului față de pista de aterizare și unghiul de coborâre vertical. În multe condiții – mai ales în timpul aterizărilor în ceață sau pe ploaie noaptea – această navigație prin radio rămâne principalul mod de a garanta că avionul va atinge pământul la începutul pistei, exact în mijloc.
Ca multe alte tehnologii create în trecut, ILS nu a fost proiectat cu o protecție împotriva atacurilor. Semnalele radio nu sunt criptate, iar autenticitatea lor nu este confirmată. Piloții presupun pur și simplu că semnalele sonore primite de sistemele lor pe o frecvență alocată aeroportului sunt semnale reale transmise de operatorul aeroportului. De-a lungul anilor, această lacună de securitate nu a deranjat practic pe nimeni, în principal pentru că costul și complexitatea falsificării semnalelor făceau ca atacurile să fie futil.
Dar acum, cercetătorii au dezvoltat o metodă ieftină de hack, care ridică întrebări cu privire la securitatea ILS utilizat practic în fiecare aeroport civil din lumea industrializată. Folosind o stație de radio de 600 $ cu , cercetătorii pot falsifica semnalele aeroportului astfel încât instrumentele de navigație ale pilotului să arate că avionul s-a abătut de pe curs. Conform instruirii, pilotul trebuie să corecteze viteza de coborâre sau orientarea navei, creând astfel o amenințare de incident.
O tehnologie de atac constă în faptul că semnalele false indică un unghi de coborâre mai mic decât cel real. Mesajul fals conține un așa-numit semnal "acceptați coborârea", care informează pilotul despre necesitatea de a crește unghiul de coborâre, ceea ce ar putea duce la atingerea solului înainte de a începe pista de aterizare.
În video se arată un semnal falsificat în alt mod, care poate prezenta o amenințare pentru avionul care se pregătește să aterizeze. Atacatorul poate trimite un semnal care informează pilotul că avionul său este la stânga axei pistei, când de fapt avionul se află exact pe centru. Pilotul va reacționa, mutând avionul la dreapta, ceea ce va duce în cele din urmă la o deviere.
Cercetătorii de la Universitatea Northeastern din Boston au consultat un pilot și un expert în siguranță, și subliniază cu precauție că o astfel de falsificare a semnalelor are o probabilitate foarte mică de a provoca un accident în majoritatea cazurilor. Defecțiunile sistemului ADS-B sunt o amenințare cunoscută pentru siguranța zborurilor, iar piloții experimentați sunt instruiți în detaliu cum să reacționeze la acestea. În condiții de vreme clară, pilotul va observa cu ușurință că avionul nu este aliniat cu axa pistei și va putea să se retragă pentru un circuit suplimentar.
O altă rațiune pentru un scepticism rațional este complexitatea realizării atacului. Pe lângă o stație radio programabilă, vor fi necesare antene direcționate și un amplificator. Toată această echipament va fi destul de greu de introdus pe ascuns în avion, dacă hacker-ul vrea să efectueze un atac din bordul avionului. Dacă decid să atace de la sol, va fi nevoie de foarte multă muncă pentru a alinia echipamentul cu pista, fără a atrage atenția. În plus, aeroporturile monitorizează de obicei interferențele pe frecvențele foarte importante, ceea ce ar putea opri atacul destul de repede după ce începe.
În 2012, cercetătorul Brad Haynes, cunoscut sub apelativul , în sistemul ADS-B (Automatic Dependent Surveillance–Broadcast), pe care avioanele îl folosesc pentru a-și determina poziția și a transmite date altor avioane. El a rezumat dificultățile falsificării reale a semnalelor ADS-B astfel:
Dacă se aliniază totul – locația, echipamentele ascunse, condițiile meteorologice nefavorabile, o țintă potrivită, un atacator bine motivat, inteligent și cu resurse financiare – ce se va întâmpla? În cel mai rău caz, avionul va ateriza pe iarbă, existând riscuri de răniri sau accidente fatale; totuși, dezvoltarea sigură a avioanelor și echipele de intervenție rapidă asigură o probabilitate foarte mică pentru un incendiu major care să ducă la pierderea întregului avion. În această situație, aterizarea va fi suspendată, iar atacatorul nu va mai putea să o repete. În cel mai bun caz, pilotul va observa neconformitatea, se va speria, va crește altitudinea, va intra pe un alt cerc de aterizare și va raporta că ceva nu este în regulă cu sistemul de ghidare – aeroportul va începe o investigație, ceea ce înseamnă că atacatorul nu va mai dori să rămână în apropiere.
Așadar, dacă se aliniază totul, atunci rezultatul va fi minim. Compară acest aspect cu raportul dintre rezultat și investiții și efectul economic al acelei situații în care un individ cu un drone de $1000 a zburat timp de două zile în jurul aeroportului Heathrow. Cu siguranță, drona a fost o opțiune mult mai eficientă și practică decât un astfel de atac.
Și totuși, cercetătorii afirmă că riscurile există. Avioanele care nu reușesc să aterizeze conform glisadei – linia imaginară pe care avionul ar trebui să o urmeze pentru o aterizare ideală – sunt mult mai greu de detectat chiar și în condiții de vreme bună. Mai mult, unele aeroporturi aglomerate, pentru a evita întârzierile, îi sfătuiesc pe piloți să nu grăbească decolarea pe un alt cerc chiar și în condiții de vizibilitate slabă. Regulile privind aterizările, stabilite de Administrația Federală pentru Aviație din SUA, pe care multe aeroporturi din SUA le respectă, indică faptul că această decizie ar trebui luată la o înălțime de doar 15 m. Instrucțiuni similare sunt în vigoare și în Europa. Acestea oferă pilotului foarte puțin timp pentru a întrerupe în siguranță aterizarea dacă condițiile vizuale nu se potrivesc cu datele furnizate de sistemul de ghidare.
"Detectarea și recuperarea în cazul unei defecțiuni a oricărui instrument în timpul procedurilor critice de aterizare reprezintă una dintre cele mai dificile provocări ale aviației moderne", au scris cercetătorii în lucrarea lor intitulate "Atacuri wireless asupra sistemelor de ghidare a aeronavelor", acceptată la . "Având în vedere cât de mult se bazează piloții pe sistemele de navigație și pe instrumentele de zbor în general, eșecurile și intervențiile intenționate pot duce la consecințe catastrofale, mai ales în timpul aterizărilor autonome și al zborurilor."
Ce se întâmplă în caz de eșec al sistemului de navigație
Câteva aterizări, care au fost aproape de a se termina în tragedie, demonstrează pericolul eșecurilor sistemului de navigație. În 2011, zborul SQ327 al Singapore Airlines, cu 143 de pasageri și 15 membri ai echipajului la bord, a înclinat brusc la stânga, aflându-se la 10 metri deasupra pistei de aterizare a aeroportului din München, Germania. După aterizare, Boeing 777-300 s-a deviat la stânga, apoi a virat la dreapta, traversând linia centrală și oprindu-se, cu trenul de aterizare aflat în iarbă, la dreapta pistei.
În despre incident, publicat de Comisia Federală de Investigare a Accidentelor Aeriene din Germania, se menționează că avionul a trecut cu 500 m peste punctul de aterizare. Investigatorii au spus că una dintre cauzele incidentului a fost distorsionarea semnalelor de la farul de aterizare de către avionul în decolare. Deși nu au fost raportate victime, acest eveniment a subliniat gravitatea eșecurilor sistemelor de navigație. Printre alte incidente cu eșecuri ale sistemului de navigație, care au fost aproape de a se termina tragic, se numără zborul NZ 60 din Noua Zeelandă în 2000 și zborul companiei Ryanair FR3531 din 2013. Un videoclip explică ce a mers prost în ultimul caz.
Vaibhav Sharma conduce o companie din Silicon Valley care se ocupă cu securitatea la nivel global și zboară cu avioane mici din 2006. De asemenea, el deține o licență de operator de radio amator și participă voluntar la patrularea aeriană civilă, unde a fost instruit ca salvator și operator de radio. El pilotează un avion în simulatorul X-Plane, demonstrând un atac cu substituirea semnalelor, care determină avionul să aterizeze la dreapta pistei de aterizare.
Sharma ne-a spus:
O astfel de atac asupra CGS este realist, dar eficiența sa va depinde de o combinație de factori, inclusiv cunoștințele atacatorului privind sistemul de navigație aeriană și condițiile de apropiere. Dacă este utilizată corespunzător, atacatorul va putea devia aeronava către obstacolele din jurul aeroportului, iar dacă se întâmplă în condiții de vizibilitate slabă, echipa piloților va avea dificultăți mari în a observa abaterile și a face față acestora.
El a spus că atacurile au potențialul de a amenința atât avioanele mici, cât și mari, însă din motive diferite. Avioanele mici zboară cu viteze mai mici. Acest lucru le oferă piloților mai mult timp pentru a reacționa. Avioanele mari, pe de altă parte, au mai mulți membri în echipaj care pot reacționa la evenimente nefavorabile, iar piloții acestor aeronave sunt de obicei instruiți mai des și mai temeinic.
El a spus că cel mai important aspect pentru avioanele mari și mici va fi evaluarea condițiilor externe, în special a vremii, în timpul aterizării.
„Un astfel de atac va fi, probabil, mai eficient atunci când piloții trebuie să se bazeze mai mult pe instrumente pentru a efectua o aterizare de succes”, a spus Sharma. „Acestea pot fi aterizări nocturne în condiții de vizibilitate slabă sau o combinație de condiții nefavorabile cu un spațiu aerian aglomerat, ceea ce le va crește piloților sarcina, făcându-i să depindă mult de automatizare”.
Aanjan Ranganathan, cercetător de la Universitatea din Nord-Est, care a contribuit la dezvoltarea atacului, ne-a spus că nu se poate conta aproape deloc pe GPS pentru a compensa eșecul CGS. Abaterile de la pista de aterizare în cazul unui atac eficient cu substituție vor fi între 10 și 15 metri, deoarece orice abatere mai mare va putea fi observată de piloți și controlorii de trafic aerian. GPS-ul va avea dificultăți în a detecta astfel de abateri. A doua cauză – este foarte ușor să se subtireze semnalele GPS.
„Pot să subtirez GPS-ul în paralel cu subtilearea CGS”, a spus Ranganathan. „Întrebarea este cât de motivat este atacatorul”.
Predecesorul CGS
Testele CGS au început , iar primul sistem funcțional a fost implementat în 1932 în aeroportul german Berlin-Tempelhof.
CGS rămâne unul dintre cele mai eficace sisteme de aterizare. Alte abordări, de exemplu, , the directional radiobeacon, the global positioning system, and similar satellite navigation systems are considered inaccurate, as they provide only horizontal or lateral orientation. The KG system, however, is regarded as an accurate approach system because it provides both horizontal and vertical (glide slope) orientation. In recent years, inaccurate systems have been used less frequently. The KG system has increasingly been associated with autopilots and autoland systems.
How the KG system works: course approach radiobeacon [localizer], glide slope [glideslope], and marker radiobeacons [marker beacon]
The KG system has two key components. The course approach radiobeacon informs the pilot whether the aircraft is deviating left or right from the centerline of the runway, while the glide slope indicates whether the descent angle is too steep for the aircraft to avoid overshooting the runway threshold. The third component consists of marker radiobeacons. They function as waypoints to help the pilot determine the distance to the runway. Over the years, they have increasingly been replaced by GPS and other technologies.
The course approach radiobeacon employs two sets of antennas that emit two different frequency tones – one at 90 Hz and the other at 150 Hz – at a frequency designated to one of the runways. The antenna arrays are positioned on both sides of the runway, typically beyond the takeoff point, and arranged so that the sounds cancel each other out when the landing aircraft is directly above the runway centerline. The deviation indicator shows a vertical line in the center.
If the aircraft deviates to the right, the 150 Hz tone becomes increasingly audible, causing the deviation indicator to move left of center. If the aircraft veers to the left, the 90 Hz tone becomes more pronounced, and the indicator moves to the right. The course approach radiobeacon cannot fully replace visual position control of the aircraft, providing a crucial and very intuitive means of orientation. Pilots simply need to keep the indicator centered to ensure the aircraft is directly over the centerline.
Înclinarea ghidei funcționează aproximativ la fel, doar că arată unghiul de coborâre al avionului în raport cu începutul pistei de aterizare. Când unghiul avionului este prea mic, devine mai audibil sunetul la 90 Hz, iar instrumentele arată că avionul trebuie să coboare. Când coborârea este prea abruptă, semnalul la 150 Hz indică faptul că avionul trebuie să se ridice. Când avionul rămâne la un unghi de înclinare de aproximativ trei grade, semnalele se anulează reciproc. Două antene de ghide sunt amplasate pe un turn la o înălțime specifică, determinată de unghiul de înclinare a ghidei, potrivit pentru un anumit aeroport. Turnul este de obicei situat aproape de zona de atingere a pistei.
Falsificare impecabilă
Atacul cercetătorilor de la Universitatea de Nord-Est folosește emițătoare radio comerciale. Aceste dispozitive, vândute cu 400-600 dolari, transmit semnale care se pretind că sunt semnale reale trimise de sistemul de ghidare a aeroportului. Emițătorul atacatorului poate fi amplasat fie la bordul avionului atacat, fie pe teren, la o distanță de până la 5 km de aeroport. Atâta timp cât semnalul atacatorului depășește în putere semnalul real, receptorul sistemului de ghidare va percepe semnalul atacatorului și va afișa orientarea în raport cu traiectoriile verticale și orizontale de zbor, așa cum a fost planificată de atacator.
Dacă falsificarea este organizată prost, pilotul va observa schimbări bruște sau haotice în indicațiile instrumentelor, pe care le va considera o defecțiune a sistemului de ghidare. Pentru ca falsificarea să fie mai greu de recunoscut, atacatorul poate preciza locația exactă a avionului folosind , un sistem care trimite în fiecare secundă localizarea avionului prin GPS, altitudinea, viteza față de sol și alte date către stațiile de pe teren și alte aeronave.
Folosind aceste informații, atacatorul poate începe să falsifice semnalul atunci când avionul se apropie și se deplasează stânga sau dreapta în raport cu pista de aterizare, și îi poate trimite un semnal că avionul zboară drept. Cel mai optim timp pentru atac va fi momentul în care avionul tocmai a trecut de punctul de cale, așa cum este arătat în videoclipul demonstrativ de la începutul articolului.
Apoi, atacatorul poate aplica un algoritm de corecție și generare a semnalului în timp real, care va ajusta constant semnalul malițios pentru a se asigura că deviația față de calea corectă se va potrivi tuturor mișcărilor avionului. Chiar dacă atacatorului îi lipsesc abilitățile pentru a crea un semnal fals impecabil, va reuși să deruteze KGS-ul, astfel încât pilotul să nu se poată baza pe el la aterizare.
O variantă de falsificare a semnalului este cunoscută sub numele de „atac de umbrire”. Atacatorul trimite semnale pregătite special cu putere mai mare decât semnalele transmițătorului de la aeroport. De obicei, pentru aceasta, transmițătorul infractorului trebuie să emită semnale cu o putere de 20 W. Atacurile de umbrire facilitează desfășurarea unei falsificări convingătoare a semnalului.
Atac de umbrire
A doua variantă de falsificare a semnalului este cunoscută sub numele de „atac monotonic”. Avantajul său este că se pot trimite sunete pe o singură frecvență cu o putere mai mică decât cea a KGS-ului de la aeroport. Are câteva dezavantaje, de exemplu, atacatorul trebuie să știe exact specificațiile avionului – de exemplu, amplasarea antenelor KGS.
Atac monotonic
Lipsa soluțiilor simple
Cercetătorii spun că în prezent nu există soluții pentru a elimina amenințarea atacurilor de falsificare. Tehnologiile alternative de navigație – inclusiv farurile cu azimut omnidirecțional, farurile de conducere, sistemul global de poziționare și alte sisteme de navigație prin satelit – reprezintă semnale wireless care nu au un mecanism de autentificare și, prin urmare, sunt vulnerabile la atacuri de falsificare. Mai mult, informații despre traiectoria orizontală și verticală a apropierii pot fi oferite doar de KGS și GPS.
În lucrarea lor, cercetătorii scriu:
Cele mai multe probleme de securitate cu care se confruntă tehnologii precum , și , se poate corecta implementând criptografia. Cu toate acestea, criptografia nu va fi suficientă pentru a preveni atacurile cu localizare. De exemplu, criptarea semnalului GPS, asemănătoare cu tehnologia militară de navigație, poate preveni atacurile de spoofing până la un anumit nivel. Totuși, un atacator va putea să redirecționeze semnalele GPS cu întârzierile dorite și să obțină o falsificare a locației sau a timpului. Inspirația poate fi găsită în literatura existentă despre prevenirea atacurilor de spoofing GPS și dezvoltarea unor sisteme similare pe partea receptorului. O alternativă ar putea fi implementarea unui sistem de localizare sigur la scară largă, bazat pe restricții de distanță și tehnici sigure de confirmare a apropierii. Cu toate acestea, va fi necesar să se asigure un canal de comunicare bidirecțional, iar această opțiune necesită o analiză suplimentară, referitoare la scalabilitate, fezabilitate și altele.
Administrația Federală a Aviației din Statele Unite a raportat că nu au suficiente informații cu privire la demonstrația efectuată de cercetători pentru a putea oferi comentarii.
Acest atac și volumul semnificativ de cercetare efectuat sunt impresionante, dar întrebarea principală a lucrării rămâne fără răspuns – cât de probabil este ca cineva să dorească să depună eforturi pentru a implementa un astfel de atac în realitate? Alte tipuri de vulnerabilități, de exemplu, care permit hackerilor să instaleze malware pe computerele utilizatorilor de la distanță sau să ocolească sisteme de criptare populare, sunt ușor de monetizat. Atacul de spoofing GPS nu este la fel. În această categorie se includ atacurile care pun în pericol viața, precum cele asupra stimulatoarelor cardiace și altor dispozitive medicale.
Și, deși este mai greu să identifici motivația pentru astfel de atacuri, ar fi o greșeală să le respingi posibilitatea. În , publicat în mai de C4ADS, o organizație non-profit care tratează problemele conflictelor globale și securității interstatale, se menționează că Federația Rusă s-a implicat adesea în teste pe scară largă a perturbărilor sistemului GPS, rezultând că sistemele de navigație ale navelor s-au înșelat cu peste 65 de mile.Raportul menționează că, în timpul deschiderii podului Crimeea (adică, nu „des” ci doar o singură dată) sistemul global de navigație a fost perturbat de un transmițător situat pe acest pod, iar influența acestuia a fost resimțită chiar și în apropierea orașului Anapa, aflat la 65 km (nu mile) de acest loc. „Totul este corect” (c) / nota traducătorului.].
„Federația Rusă are un avantaj relativ în utilizarea și dezvoltarea capabilităților de a înșela sistemele de navigație globală”, avertizează raportul. „Cu toate acestea, costul scăzut, disponibilitatea în comercializare liberă și simplitatea utilizării unor astfel de tehnologii oferă nu doar statelor, ci și rebelilor, teroriștilor și infractorilor oportunități largi de destabilizare a rețelelor guvernamentale și nonguvernamentale.”
Și deși substituirea GCS pare o ezoterie în 2019, este puțin probabil ca presupunerea că, în anii următori, aceasta va deveni o activitate mai obișnuită, pe măsură ce tehnologiile atacurilor devin mai clare, iar transmițătoarele radio gestionate software devin mai răspândite. Atacurile asupra GCS nu sunt necesare pentru a provoca accidente. Ele pot fi executate pentru a perturba activitatea aeroporturilor, așa cum dronele ilegale au dus la închiderea aeroportului Gatwick din Londra în decembrie trecut, cu câteva zile înainte de Crăciun, iar trei săptămâni mai târziu - aeroportului Heathrow.
„Banii sunt o motivație, iar demonstrarea puterii este alta”, a spus Ranganathan. „Din perspectiva securității, aceste atacuri sunt foarte critice. Aceasta trebuie să fie o preocupare, deoarece în această lume se vor găsi destui oameni care vor dori să-și demonstreze puterea.”
Sursa: habr.com
