Безопасность данных в системах глобального позиционирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Безопасность данных в системах глобального позиционирования

А.Г. Верещака

Самара 2017



Реферат

Название	Безопасность данных в системах глобального позиционирования
Автор	студент гр. ИБТС-12, А. Г. Верещака
Научный руководитель	Рябушкин А.В., асс. каф. МСИБ
Ключевые слова	Системы глобального позиционирования, GPS приемник, Глонасс, спуфинг, геолокация, подавление сигнала, координаты
Дата публикации	2017
Библиографическое описание	Верещака А.Г, Безопасность данных в системах глобального позиционирования : дипломная работа / А. Г. Верещака. Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (ПГУТИ). Факультет телекоммуникаций и радиотехники (ФТР). Кафедра мультисервисных сетей и информационной безопасности (МСИБ): науч. рук. Рябушкин А.В., асс. каф. МСИБ, ПГУТИ - Самара, 2017. С.67
Аннотация	Рассмотрены системы глобального позиционирования и характеристики сиситем GPS и Глонасс. Приведен анализ ситуаций связанный с нарушением целостности, доступности и конфиденциальности в системах глобального позиционирования. Разобраны методы противодействия, распространённым методам нарушения передачи данных в системах глобального позиционирования.



Содержание

Введение

1. Современные системы глобального позиционирования

1.1 Предпосылки создания системы глобального позиционирования, краткая история развития

1.2 Принципы и технологии работы систем глобального позиционирования

1.3 Техническая реализация системы GPS и Глонасс

1.4 Проблема защиты данных в системах глобального позиционирования гражданской области

2. Достоинства и недостатки реализаций систем глобального позиционирования

2.1 Сравнительная характеристика систем GPS и Глонасс

2.2 Перспективы развития Глонасс и Эра Глонасс

3. Анализ уязвимостей систем глобального позиционирования

3.1 Нарушения конфиденциальности данных

3.2 Нарушения целостности данных

3.3 Нарушения доступности данных

3.4 Обобщение инцидентов с нарушением защиты информации в системах глобального позиционирования

4. Особенности защиты информации в системах глобального позиционирования

4.1 Меры по сохранению конфиденциальности данных

4.2 Меры по сохранению целостности данных

4.3 Меры по сохранению доступности данных

Заключение

Список использованных источников



Введение

В наше время, система геолокационного позиционирования используется очень широко, начиная от простых путешественников которые могут узнать свое местоположение, до крупных логистических компаний, которым важно где и сколько рабочих единиц сейчас находятся в пути. В данной дипломной работе, рассмотрены системы глобального позиционирования такие как GPS и Глонасс. Изучены технические составляющие и их последовательная реализация. Проанализированы достоинства и недостатки систем глобального позиционирования. Также, был получен ответ на вопрос: “Могут ли быть данные GPS приемника скомпрометированы ?”.

Актуальность заявленной темы, может быть обоснована сразу несколькими значимыми с исследовательской точки зрения обстоятельствами. Во первых, это развитие российской системы глобального позиционирования “Глонасс” и системы экстренного оповещения о ДТП ”Эра Глонасс” Во вторых, это анализ современных методов обеспечения безопасности данных, в системах глобального позиционирования и какие угрозы могут наблюдаться в этой сфере.

Целью дипломной работы является: анализ основных подходов к обеспечению безопасности передачи данных в системах глобального позиционирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- Изучить системы глобального позиционирования GPS и Глонасс

- Проанализировать инциденты с нарушением целостности, конфиденциальности и доступности в системах GPS и Глонасс

- Подготовить возможные меры противодействия распространённым угрозам в системах глобального позиционирования.

Объектом исследования является система Глонасс.

Предметом исследования являются существующие уязвимости, инциденты в которых были использованы данные уязвимости.

Основными источниками информации для написания работы стали труды Ракова А.С. Азовсков С.А , Хамфри Т. Открытый ресурс для IT-специалистов Хабрахабр , сетевой журнал по информационным технологиям “Хакер“

Цель и задачи написания работы, определили ее структуру, которая состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников и приложений.

В первой главе, рассмотрены современные системы глобального позиционирования, изучены предпосылки для создания данных систем, раскрыты принципы и технологи работы данных систем и выявлены проблемы с обеспечением защиты в сфере глобального позиционирования в гражданской области применения. Основными угрозами выступили, GPS спуфинг - атака совершаемая посредством передачи ложных координат, сканированиеоткрытых каналов передачи информации в системе глобального позиционирования, глушение или подавление передаваемых данных.

Во второй главе, рассматриваются достоинства и недостатки реализации систем глобального позиционирования, производится сравнительная характеристика зарубежной системы GPS и отечественного Глонасса, анализируются перспективы развития этих систем.

В третьей главе, происходит разбор зафиксированных инцидентов с нарушением целостности, доступности и конфиденциальности информации. Также была оформлена таблица, с произошедшими ситуациями и их результатом. В конце третей главы был сделан обзор на существующие технические решения для защиты конфиденциальной информации, воспрепятствованию нормальной работе GPS и устройств для выполнения джамминга.

В четвертой главе, были выявлены особенности для защиты информации в системе глобального позиционирования, предложены меры для сохранения целостности, доступности и конфиденциальности информации.

В заключении были сделаны основные выводы и результаты по проделанной работе.



1. Современные системы глобального позиционирования

1.1 Предпосылки создания системы глобального позиционирования, краткая история развития

С древнейших времен люди пытались каким-либо образом определить свое положение на поверхности Земли -руководствуясь звездами, Солнцем. Тем не менее, такой метод отнюдь не всегда работал, и не всегда представлял достоверную информацию о текущем положении наблюдателя. Глобальная система позиционирования значительно изменила в лучшую сторону жизнь человечества, разработав идеальный инструмент для определения местоположения человека, который работает в любых погодных условиях и в любой точке земного шара.

Навигационные системы прочно вошли в нашу повседневную жизнь, и сложно представить, как можно прожить в современном мире без этих современных технологий. Все достоинства навигационных систем были направлены специалистами в русло, оптимизировать бизнес процессы, улучшения жизни людей и создания максимального комфорта, устранения неудобств и решения ряда сложностей. Навигация на сегодняшний день не просто прихоть, а необходимость.

На сегодняшний день в мире существует несколько навигационных систем, применяющих искусственные спутники Земли, однако действительно глобальный сервис позиционирования почти в любом месте нашей планеты применяются лишь две: российская ГЛОНАСС и американская GPS.

Global Positioning System (GPS) - это спутниковая навигационная система США, состоящая из работающих в единой сети номинально 24 спутников, находящихся на 6 орбитах высотой около 17000 км над поверхностью Земли.

Спутники постоянно движутся со скоростью около 3 км/сек, совершая два полных оборота вокруг планеты менее чем за 24 часа. Спутниковая система GPS имеет аналоги и один из это российский проект Глонасс.

Первые системы глобального позиционирования GPS разрабатывались исключительно для военных целей. Глобальная навигационная система GPS предназначена для передачи навигационных сигналов, которые могут сразу приниматься во всех регионах мира. Инициатором создания GPS-системы стало Министерство Обороны США. Ее разработка началась в 1973 г., когда Министерство Обороны США перестала устраивать радионавигационная система, состоящая из наземных навигационных систем Loran-C и Omega, и спутниковой системы Transit. Проект создания спутниковой сети для определения координат в режиме реального времени в любой точке земного шара был назван NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System навигационная система определения времени и дальности).

Используемая сейчас аббревиатура GPS появилась позднее, когда система стала использоваться не только для военных, но и для мирных целей. Первая штатная орбитальная группировка системы разворачивалась с июня 1989 г. по март 1994 г. На орбиту были выведены 24 навигационных спутника Block II. Окончательно GPS-система была введена в эксплуатацию в 1995 г. В настоящее время она эксплуатируется и обслуживается Министерством Обороны США.

Глонасс - российская спутниковая система навигации. Основой системы должна являться группировка спутников, движущихся над поверхностью Земли в 3-х орбитальных плоскостях с наклонением 64,8°, и высотой 19100 км. Принцип измерения аналогичен американской системе. При доведении количества действующих спутников до 18, на территории России обеспечивается практически 100%-ная непрерывная навигация. На остальной части Земного шара при этом перерывы в навигации могут достигать полутора часов. Практически непрерывная навигация по всей территории Земного шара обеспечивается при полной орбитальной группировке из 24-х спутников.

Полномасштабные работы по созданию отечественной навигационной спутниковой системы начались в 1960-х годах, а 23 ноября 1967 года на орбиту был выведен первый навигационный отечественный спутник («Космос-192»). Он обеспечивал точность местоопределения потребителей 250 - 300 метров. [1]

В 1976 году в эксплуатацию была принята навигационная система первого поколения «Циклон-Цикада», состоящая из шести спутников на орбитах высотой 1000 км. Она позволяла определять координаты морского судна или подводной лодки каждые 1,5 - 2 часа с продолжительностью сеанса до 6 минут. Точность место определения была повышена до 80 - 100 метров.

Успешная эксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигационных систем морскими потребителями привлекла широкое внимание к спутниковой навигации. Возникла необходимость создания универсальной навигационной системы, удовлетворяющей требованиям всех потенциальных потребителей: авиации, морского флота, наземных транспортных средств и космических кораблей.

Структура новой спутниковой системы должна была обеспечить одновременную в любой момент времени радиовидимость потребителем, находящимся в любой точке Земли, не менее четырех спутников, при минимальном общем их количестве в системе. Это обстоятельство ограничило высоту орбиты спутников 20 000 км (дальнейшее увеличение высоты не ведет к расширению зоны радиообзора, а следовательно, к уменьшению необходимого количества спутников в системе). Для гарантированной видимости потребителем не менее четырех спутников, их количество в спутниковой системе должно составлять 18, однако оно было увеличено до 24-х с целью повышения точности определения собственных координат и скорости потребителя путем предоставления ему возможности выбора из числа видимых спутников четверки, обеспечивающей наивысшую точность.

Основным заказчиком системы выступило Министерство Обороны, а ответственным за испытания и управление системой -- Управление Начальника Космических средств.

Развитие системы ГЛОНАСС в целях обеспечения постоянно растущих требований потребителей и конкурентоспособности системы в основном определяется тактико-техническими характеристиками космического сегмента ГЛОНАСС. История развитие системы ГЛОНАСС и характеристики в настоящее время и в ближайшей перспективе даны в приведенной таблице 1.1

Таблица 1.1 История развития системы ГЛОНАСС

ХАРАКТЕРИСТИКИ	КА «ГЛОНАСС»	КА «ГЛОНАСС-М»	КА «ГЛОНАСС-К»
Годы развертывания	1982-2005	2003-2016	2011-2018
Состояние	Выведен из эксплуатации	В эксплуатации	В разработке на основе проведенных ЛИ
Параметры орбиты (рассматриваются вопросы развития ОГ ГЛОНАСС после 2020 года)	круговая высота - 19100 км наклонение - 64,8° период обращения - 11 ч 15 мин 44 с
Количество КА в ОГ (по целевому назначению)	24
Количество орбитальных плоскостей	3
Количество КА в каждой плоскости	8
Используемые средства выведения		РН «Союз-2.1б», РН «Протон-М»
Гарантированный срок активного существования, лет	3.5	7	10
Масса КА, кг	1500	1415	935
Габариты КА, м		2,71х3,05х2,71	2,53х3,01х1,43
Энергопотребление, Вт		1400	1270
Тип исполнения КА	герметизированный	герметизированный	негерметизированный
Суточная нестабильность БСУ, в соответствии с ТЗ / фактическая	5*10-13 / 1*10-13	1*10-13 / 5*10-14	1*10-13 / 5*10-14
Тип сигналов	FDMA	в основном FDMA (CDMA на КА 755-761)	FDMA и CDMA
Сигналы с открытым доступом (для сигналов FDMA приведено значение центральной частоты)	L1OF (1602 МГц)	L1OF (1602 МГц) L2OF (1246 МГц) начиная с №755: L3OC (1202 МГц)	L1OF (1602 МГц) L2OF (1246 МГц) L3OC (1202 МГц) начиная с №17Л: L2OC (1248 МГц)
Сигналы с санкционированным доступом	L1SF (1592 МГц) L2SF (1237 МГц)	L1SF (1592 МГц) L2SF (1237 МГц)	L1SF (1592 МГц) L2SF (1237 МГц) начиная с №17Л: L2SC (1248 МГц)
Наличие межспутниковых линий связи: Радио оптическая	-- --	+ --	+ --
Наличие системы поиска и спасания	--	--	+

1.2 Принципы и технологии работы систем глобального позиционирования

Изначально обе системы разрабатывались и использовались исключительно в военных целях. Иногда люди в погонах делились ею с топографами и моряками. Однако, в полном объеме ее услуги стали доступны обыкновенным гражданам совсем недавно. Рассмотрим основные принципы работы этой системы. Сначала проанализируем возможности, которые дает нам система GPS.

Порой, даже не понимая того, мы нуждаемся в том, чтобы найти место своего нахождения. В большинстве случаев абсолютная координата нас не тревожит, а вот относительная величина смещения от вполне определенного объекта важна. Тем не менее, для ее вычисления необходимо знание именно абсолютных координат. Их и позволяет получить прибор, который в простонародье называется GPS (рис. 1.1).

Рис. 1.1 - Принцип функционирования GPS.

Мы можете заметить, что если знать не только координаты, но и моменты времени, в которые они измерены, то можно говорить не только о простых измерениях длин. Действительно, при современном уровне развития электроники можно создать вполне портативный и мобильный прибор, который сможет соотносить такие величины, как время и координаты.

Система глобального позиционирования позволяет получать данные о смещении одной точки на поверхности земли от другой. Для таких вычислений прибор должен иметь запоминающее устройство. В нем может храниться информация о местоположении этого прибора ранее, и тогда не составит больших проблем по вычислению сдвига между точкой настоящего и отложенной в памяти прибора. Либо данные о некотором объекте, информация о котором записана в прибор ранее. Безусловно, для путешественника важно расстояние, которое пройдут его ноги или проедут колеса его автомобиля, а не искусственные цифры о кротчайшей дистанции. С другой стороны заложить в память прибора данные о всем рельефе земного шара задача не реальная. Плюс к этому вычисления станут очень громоздкие.

Погрешность, полученная при таком вычислении, очень существенная, так как точность современных приборов глобального позиционирования составляет 10-20 сантиметров.

Кроме горизонтальной координаты система глобального позиционирования позволяет определять вертикальную координату, или высоту над уровнем моря. Система глобального позиционирования позволяет измерить ее. Точность определения этой величины несколько ниже, чем для измерения горизонтальной координаты. Погрешность составляет около 10 метров. Практически все приборы системы глобального позиционирования имеют устройства памяти.

Система глобального позиционирования может заменить обыкновенный магнитный компас. Для ее работы достаточно информации, передаваемой со спутников. Функция компаса приятно дополняет все остальные возможности прибора, но немного отходит в тень.

Большинство приборов позволяет получать значение мгновенной скорости движения прибора глобального позиционирования. Чем быстрее движется объект, тем эта величина измеряется с более высокой точностью. Естественно, существует пороговое значение для мгновенной скорости. Верхняя граница достаточно велика, чтобы автомобилист или летчик задумывался об ошибке в ее вычислении. А вот нижняя граница имеет свой предел, который может помешать пользователю системы получать точные данные о мгновенной скорости. Эта граница напрямую связана с ошибкой (погрешностью) определения координаты. По моим наблюдениям, а они сильно расходятся с числами, заявленными некоторыми производителями, мгновенная скорость достоверно измеряется при значении 2 км/ч и выше. Все остальные более низкие значения ошибочны, хотя бывают исключения. Например, в тех случаях, когда ваш прибор глобального позиционирования принимает сигнал от пяти спутников одновременно. Например, владельцы водных мотоциклов и снегоходов. Однако нередки случаи, когда владельцы обыкновенных автомобилей отказываются от штатных спидометров в пользу приборов глобального позиционирования. Иногда этот шаг оправдан, хотя в большинстве случаев этот апгрейд можно считать дорогостоящим тюнингом вашего автомобиля или мотоцикла.

Практически все системы глобального позиционирования имеют некоторый объем памяти. С ее помощью можно проводить всевозможные расчеты. Безусловно, определение мгновенной скорости - это пример применения памяти. Правда, для таких вычислений много памяти не надо. А вот для определения средней скорости ее объем нужно увеличить прямо пропорционально расстоянию, на котором вы будите проводить измерение средней скорости. Производители приборов глобального позиционирования используют самые разные алгоритмы вычисления средней скорости. Наиболее простой заключается в том, чтобы разделить общее расстояние на время, за которое оно пройдено. Однако, иногда это слишком грубо. Практически все производители включают еще один алгоритм измерения. Он заключается в том, что времена простоя (координата остается неизменной) перед вычислением средней скорости вычитаются из общего времени движения. Безусловно, можно придумать сразу несколько ситуаций, когда такой метод не даст правильных вычислений. К сожалению, производители редко дают пользователю возможность самому запрограммировать свой алгоритм, но все же такие приборы есть.

С помощью системы глобального позиционирования мы можем не только узнать расстояние до нужного нам населенного пункта, но и расчетное время прибытия в него. Микрокомпьютер поделит оставшийся путь на среднюю скорость движения. Согласитесь, такие данные очень полезны для автомобилиста.

Принципы работы системы не очень сложный. Систему можно условно разделить на три части: спутники, управление спутниками и приемники системы глобального позиционирования.

На высоте около 20 000 км над землей находятся 28 спутников системы. Они расположены таким образом, что любой наблюдатель с поверхности нашей планеты видит как минимум четыре спутника. Каждый из них имеет два генератора, которые задают частоты - L1=1575.42МГц и L2=1227.60МГц. Такой диапазон выбран не случайно. Именно такая длина волны практически без осложнений достигает поверхности земли. Ионосфера для нее прозрачна. Вторая причина в том, что передающая антенна для этой длины волны имеет небольшие размеры. Это важно, так как доставка в космос каждого килограмма стоит больших средств. Практически все спутниковые антенны работают на частоте близкой к 2 ГГц.

Система управления спутниками находится на поверхности земли. Она постоянно поддерживает связь со спутниками. Система управления необходима для того, чтобы пересылать на последние уточненную информацию об их орбитах. Сами спутники не несут оборудования, необходимого для таких вычислений. Теоретически это возможно, но проще и дешевле пересылать эту информацию с земли.

Приемники системы глобального позиционирования являются конечным звеном этой цепи. Именно ими пользуемся мы для определения точных координат своего местоположения. Устройство оборудовано антенной и двумя генераторами, которые задают частоты такие же, как и на спутнике. Микропроцессор, который является сердцем прибора глобального позиционирования, производит все необходимые расчеты.

Сигнал, излучаемый спутником, называется фазовоманипулированный псевдослучайный код. Он может содержать различную информацию. По типу этой информации его делят на грубый код и точный код. Загрубление кода не случайно. Система является военной, и люди в погонах долгое время не хотели давать возможность гражданским с высокой точностью определять свою координату.

Координата устройства глобального позиционирования определяется по расстоянию от спутников. Расстояние это определяется как произведение времени, за который сигнал доходит от спутника до портативного прибора, на скорость распространения сигнала. Основная задача при таком методе - это синхронизация часов на спутнике и на земле. Разработчики системы решили эту проблему с помощью некоторой избыточности передаваемой информации со спутника. (Рис 1.2).

Рис 1.2 - Окружность спутника

Сколько спутников нужно для определения координаты пользователя? Очевидно, что если в зоне прямой видимости находится только один спутник, то приемник может находиться в любой точке поверхности сферы.

Если пользователь работает с двумя спутниками, то его местоположение находится на пересечении двух сфер - окружности.(Рис 1.3)

Рис. 1.3 - Окружность в 2-х сферах.

В том случае, когда приемник получает информацию с трех спутников, то он может находиться в двух точках пространства. Все приборы обрабатывают такой случай и выдают координату, так как одна из точек "ложная" (расположена высоко над уровнем Земли или глубоко под Землей). Точность определения координат в этом случае самая низкая из возможных.(Рис. 1.4)

Рис. 1.4 Окружность с 1 ложной точкой.

Большинство приборов имеет до 8 независимых каналов приема информации. Другими словами они могут работать сразу с восемью спутниками одновременно.

1.3 Техническая реализация системы GPS и Глонасс

Полное созвездие GPS состоит из 24 действующих и не менее 3-х резервных навигационных космических аппаратов (НКА). Действующие НКА движутся по шести круговым орбитам. Орбиты наклонены к плоскости экватора под углом 55°, угол между плоскостями орбит 60°. НКА движутся на высоте 20180 км. Период обращения НКА 11 ч 58 мин.

Распределение НКА по орбитам подобрано таким образом, что в зоне видимости над каждой точкой земной поверхности постоянно находится созвездие как минимум из пяти НКА. Исключение составляют полярные и приполярные области. Предусмотрено наличие нескольких запасных НКА.

Навигационные НКА используют для передачи информации две частоты: L1 и L2. Все НКА вещают на одинаковых частотах и используется кодовое разделение каналов.

Интерфейс системы GPS беззапросный, т.е. НКА излучают радиосигналы на частотах L1 и L2 непрерывно, и любой приемник потребителя, находящийся в зоне радиовидимости НКА, в произвольный момент времени может получать от него навигационную информацию в пассивном режиме.

Передатчики НКА GPS излучают два непрерывных сигнала на частотах L1 и L2. Несущая частота L1 состоит из двух компонентов, которые сдвинуты по фазе на р/2 для удобства их разделения. Первая - модулируются двумя двоичными последовательностями (дальномерный псевдослучайный Р-код и информационная последовательность линии передачи данных), складывающимися по модулю 2. Вторая - также модулируется двумя двоичными последовательностями (дальномерный псевдослучайный С/А-код и информационная последовательность), складывающимися по модулю 2. Обе информационные последовательности содержат информацию об эфемеридах НКА, системном времени и др.

Несущая частота L2 имеет один компонент и модулируется двумя двоичными последовательностями (как правило, дальномерный псевдослучайный Р-код или С/А-код и информационная последовательность линии передачи данных), складывающимися по модулю 2.

Основным навигационным дальномерным псевдослучайным кодом является точный Р-код. При включении режима предотвращения преднамеренных помех и несанкционированного доступа к информации (A/S) вместо этого кода будет использоваться закрытый код P(Y).

Открытый код С/А сначала использовался лицензированными пользователями для первичного вхождения в режим слежения и последующего захвата точного Р или P(Y) кода. Сейчас код С/А находится в распоряжении мирового сообщества для использования в целях позиционирования.

Предусмотрена возможность преднамеренного снижения точности определения координат по коду С/А до уровня 100 м.

Все НКА используют одни и те же частоты, но каждый свои коды, поскольку свойства рассмотренных кодов таковы, что они позволяют надежно разделять сигналы различных НКА между собой, т.е. здесь используется кодовый принцип разделения сигналов.

Р-код представляет собой двоичную псевдослучайную последовательность (ПСП) длиной в 7 суток, передаваемую со скоростью 10,23 Мбит/с (тактовая частота 10,23 МГц). Длительность закрытого Р(Y)-кода составляет 267 суток. С/А-код (код Голда) представляет собой ПСП длиной в 1 мс с тактовой частотой 1,023 МГц. Таким образом сигналы GPS занимают в L-диапазоне две полосы шириной по 20,46 МГц, в центре которых находятся частоты L1 и L2, когерентно формирующиеся из одного источника опорной частоты на борту НКА. С точки зрения наземного наблюдателя номинальная частота этого источника составляет 10,23 МГц. Частота канала L1 соотносится с частотой бортового источника f0, как L1 = 154f0, а частота L2 = 120f0. Таким образом, с точки зрения наземного потребителя эти частоты имеют значения L1 = 1575,42 МГц и L2= 1227,6 МГц.

В навигационном сообщении информационной последовательности GPS содержится информация об эфемеридах НКА, позволяющих рассчитать их координаты и составляющие скорости, альманах созвездия НКА необходимый в НАП для планирования сеанса навигации (выбора оптимального созвездия НКА) и для приема навигационных радиосигналов в системе, частотно-временные поправки, метки времени, параметры ионосферной модели, сведения о работоспособности бортовой аппаратуры НКА и др. Эта информация используется в аппаратуре потребителя при решении навигационно-временной задачи по определению координат, скорости и временной поправки к местной шкале времени.

Информационная последовательность передается кадрами емкостью 1500 бит и длительностью 30 с. Один кадр делится на субкадры длительностью 6 с. Каждый субкадр (или строка) содержит 10 слов по 30 бит каждое. В одном кадре передается 1/25 всего альманаха. Поэтому передача всей информации альманаха занимает 12,5 мин. Этот массив информации объемом 37500 бит называют суперкадром.

Глонасс - первая отечественная система глобального позиционирования. Подсистема космических аппаратов системы ГЛОНАСС состоит из 24-х НКА, находящихся на орбитах близких к круговым высотой 19100 км, наклонением 64,8° и периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости разнесены по долготе на 120°. В каждой орбитальной плоскости размещаются по 8 НКА с равномерным сдвигом по аргументу широты 45°. Кроме этого, в разных плоскостях положения НКА из разных плоскостей сдвинуты относительно друг друга по аргументу широты на15°.

Орбитальная структура сети спутников построена таким образом, что в каждой точке земной поверхности и околоземного пространства одновременно наблюдаются не менее четырех спутников. Их взаимное расположение обеспечивает необходимые точностные характеристики системы. Нужно заметить, что заданная точность координатно-временных измерений может быть достигнута при наличии в системе 21 спутника, по семь в каждой орбитальной плоскости, а остальные используются в качестве "горячего" резерва. Непрерывность навигационного поля системы ГЛОНАСС обеспечивается на высотах до 2000 км. Система сохраняет полную функциональность при одновременном выходе из строя до 6 НКА (по два в каждой плоскости).

Интервал повторяемости трасс движения НКА и, соответственно, зон радиовидимости наземными потребителями составляет 17 витков или 7 сут. 23 ч. 27 мин. 28 с. Отсюда видно, что СРНС ГЛОНАСС не является резонансной (или синхронной), т.е. спутники в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронизма) с вращением Земли. Начало каждого витка смещается относительно поверхности Земли приблизительно на 21° по долготе и орбита каждого НКА имеет многовитковый след. Благодаря этому возмущающее влияние нецентральности гравитационного поля Земли на орбиты НКА значительно снижается и является одинаковым для всех НКА. Как следствие, орбитальная группировка СРНС ГЛОНАСС более стабильна по сравнению с GPS, имеющей синхронные 12-часовые орбиты. Орбитальная группировка ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования НКА, хотя срок функционирования НКА на сегодняшний день несколько меньше, чем в GPS.

НКА используют для передачи информации шумоподобные фазоманипулированные сигналы, излучаемые на двух несущих частотах: L1 (1600 МГц) и L2 (1250 МГц). Навигационные измерения в двух диапазонах частот позволяют свести к минимуму ионосферные погрешности.

Интерфейс СРНС ГЛОНАСС беззапросный, т.е. НКА излучают радиосигналы на частотах L1 и L2 непрерывно, и любой приемник потребителя, находящийся в зоне радиовидимости НКА, в произвольный момент времени может получать от него навигационную информацию в пассивном режиме.

В системе ГЛОНАСС используется частотное разделение каналов. Для НКА, находящихся на взаимно антиподных орбитальных позициях, можно применить одинаковые несущие частоты, поэтому при 24 действующих НКА минимальное число несущих частот в каждом диапазоне равно 12. Наземный или околоземный потребитель не может принимать сигналы одновременно от двух антиподных НКА, поэтому неоднозначность не возникает.

В СРНС ГЛОНАСС излучаются навигационные сигналы двух типов: стандартной точности и высокой точности. Сигнал стандартной точности с тактовой частотой 0,511 МГц предназначен для использования гражданскими потребителями, находящимися в любой стране мира. Сигнал высокой точности с тактовой частотой 5,11 МГц модулирован специальным (закрытым) кодом и не рекомендован к использованию без согласования с МО РФ. [2]

Номинальные значения несущих частот навигационных радиосигналов НКА «Глонасс» в частотных поддиапазонах L1 и L2 определяются следующими выражениями:

fK1 = f01 + КДf1

fK2 = f02 + КДf2,

где К - номера несущих частот навигационных радиосигналов, излучаемых НКА в частотных поддиапазонах L1 и L2, соответственно;

f01 = 1602 МГц;

Дf1 = 562,5 кГц;

f02 = 1246 МГц;

Дf2 = 437,5 кГц.

В соответствии с рекомендациями Международного Союза Электросвязи (МСЭ) в системе ГЛОНАСС предусмотрено изменение частотного диапазона для сигнала стандартной точности с номеров частот К= 0...+24 на номера К= -7...+6 (см. таблицу 1.2.).

Таблица 1.2 Распределение несущих частот поддиапазонов L1 и L2

№ частоты	Номинал частоты в поддиапазоне L1, МГц	№ частоты	Номинал частоты в поддиапазоне L2, МГц
06	1605,3750	06	1248,6250
05	1604,8125	05	1248,1875
04	1604,2500	04	1247,7500
03	1603,6875	03	1247,3125
02	1603,1250	02	1246,8750
01	1602,5625	01	1246,4375
00	1602,0000	00	1246,0000
-01	1601,4375	-01	1245,5625
-02	1600,8750	-02	1245,1250
-03	1600,3125	-03	1244,6875
-04	1599,7500	-04	1244,2500
-05	1599,1875	-05	1243,8125
-06	1598,6250	-06	1243,3750
-07	1598,0625	-07	1242,9375

Навигационное сообщение СРНС ГЛОНАСС иерархически структурировано в виде строк, кадров и суперкадров. Строка навигационного сообщения имеет длительность 2 с и содержит 85 двоичных символов. Кадр содержит 15 строк (30 с), суперкадр 5 кадров (2,5 мин). В составе каждого кадра передается полный объем оперативной ЦИ и часть альманаха системы. Полный альманах передается в пределах суперкадра.

1.4 Проблема защиты данных в системах глобального позиционирования гражданской области

На сегодняшний день, проблема, связанная с защитой данных в системе глобального позиционирования, является актуальной.

Во-первых, чтобы сделать отслеживание местоположения доступным каждому, создатели GPS не использовали шифрование в гражданской версии спутникового сигнала, в отличии от военной, которая зашифрована. Таким образом данные, которые передаются и принимаются в системе глобального позиционирования являются публичными, следовательно, злоумышленнику не составит труда отследить перевозку ценного груза и совершить атаку на него.

Также, возможно искажение сигнала или «спуфинг» -- это подмена сигнала, которая возможна, если местный передатчик вещает на частоте GPS с более мощным сигналом, чем тот, что приходит из космоса. Таким образом, в отсутствие шифрования и аутентификации атакующий заставляет все окрестные GPS-приемники считать, что фальшивый сигнал является легитимным.

В третьих, отсутствие единой взаимосвязанной законодательной базы и отсутствие системы обязательной сертификации оборудования. Проанализировав законодательную базу выяснилось, что законы часто противоречат один другому либо трактовка, не полностью подходит под интересующую нас ситуацию.

Из-за отсутствия обязательной сертификации, будет трудно определить, по каким критериям будет проверяться фактическая работоспособность оборудования.

Таким образом, в гражданской сфере применение систем глобального позиционирования будет достаточно трудно обеспечить должную защиту целостности, доступности, а также конфиденциальности передаваемых данных. [3] глобальный позиционирование конфиденциальность данный



2. Достоинства и недостатки реализаций систем глобального позиционирования

2.1 Сравнительная характеристика систем GPS и Глонасс

Системы GPS и ГЛОНАСС во многом подобны, а их основные различия приведены в таблице .3. Данные системы разрабатывались с учетом наиболее вероятных областей применения. Поэтому ГЛОНАСС имеет преимущества на высоких широтах, а GPS - на средних.

Таблица 2.1 Основные характеристики систем GPS и ГЛОНАСС

Характеристики	ГЛОНАСС	GPS
Количество спутников (проектное)	24	24
Количество орбитальных плоскостей	3	6
Количество спутников в каждой плоскости	8	4
Тип орбиты	Круговая	Круговая
Высота орбиты, км	19100	20180
Наклонение орбиты, град	64,8	55
Период обращения	11 ч 15 мин.	11 ч 58 мин.
Способ разделения сигналов	Частотный	Кодовый
Навигационные частоты, МГц: L1 L2	1602,56 -- 1615,5 1246,44 -- 1256,5	1575,42 1227,6
Период повторения ПСП	1 мс	1 мс (С/А-код) 7 дней (Р-код)
Тактовая частота ПСП, МГц	0,511 5,11	1,023 (С/А-код) 0,23 (Р,Y-код)
Скорость передачи цифровой информации, бит/с	50	50
Длительность суперкадра, мин	2,5	12,5
Число кадров в суперкадре	5	25
Число строк в кадре	15	5
Погрешность определения координат в режиме ограниченного доступа: горизонтальных, м вертикальных, м	не указана	18 (P,Y-код) 28 (P,Y-код)
Погрешности определения проекций линейной скорости, см/с	15 (СТ-код)	<200 (С/А-код) 20 (P,Y-код)
Погрешность определения времени в режиме свободного доступа, нс в режиме ограниченного доступа, нс	1000 (СТ-код) не указана	340 (С/А-код) 180 (P,Y-код)
Продолжение таблицы 2.1
Система отсчета пространственных координат	ПЗ-90	WGS-84

Несмотря на то, что имеются некоторые различия в орбитальной структуре систем, к основным отличиям, прежде всего, следует отнести различия в навигационных сигналах.

Во-первых, в GPS применяется кодовое разделение каналов, а в ГЛОНАСС - частотное.

Во-вторых, в отличие от GPS, в ГЛОНАСС никогда не применялось преднамеренное ухудшение характеристик сигнала стандартной точности. На данный момент преднамеренное ухудшение характеристик отменено и в системе GPS, но правительство США оставило за собой право введения помех в случае необходимости.

Различается и структура навигационного сообщения. Узкополосные навигационные радиосигналы в системе ГЛОНАСС обеспечивают более оперативный прием (обновление) альманаха за счет более короткой длительности суперкадров (2,5 мин) по сравнению с системой GPS (12,5 мин).

Орбитальная группировка СРНС ГЛОНАСС построена таким образом, что меньше, чем у GPS, подвержена влиянию нецентричности поля тяготения Земли и коррекция положения СРНС требуется намного реже.

Различия в алгоритмах формирования навигационных сигналов и применяемых системах времени и координат менее важны с точки зрения конечного потребителя при построении комбинированной аппаратуры или выборе СРНС, так как эти различия преодолеваются соответствующими алгоритмическими и вычислительными методами, используемыми в НАП.

На основе ГЛОНАСС и GPS предоставляют различные услуги описанные в таб.2.2

Таблица 2.2 Предоставляемые услуги

Услуги на основе ГЛОНАСС	Услуги на основе GPS
Мониторинг различных видов транспорта	Мониторинг различных видов транспорта
Охранно-поисковые услуги	Охранно-поисковые услуги
Платежные системы на основе навигации	Платежные системы на основе навигации
Услуги на основе позиционирования для массового рынка	Услуги на основе позиционирования для массового рынка
Услуги точного позиционирования на основе функциональных дополнений ГЛОНАСС	с помощью GPS системы определяются точные координаты точек и границы земельных участков
Информационно-аналитический центр ГЛОНАСС публикует на своём сайте официальные сведения о доступности навигационных услуг в виде карт мгновенной и интегральной доступности, а также позволяет вычислить зоны видимости для данного места и даты.	с помощью GPS системы ведутся наблюдения движений и колебаний тектонических плит Земли.
	GPS-игры, GPS-карты, GPS-метки

Недостатки

Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками.

Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также (в редких случаях) от магнитных бурь, либо преднамеренно создаваемые «глушилками» (данный способ борьбы со спутниковыми автосигнализациями часто используется автоугонщиками). [4]

Невысокое наклонение орбит GPS (примерно 550) серьёзно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом.

Основные недостатки систем СРНС основе GPS и ГЛОНАСС, описаны в таблице 2.3

Таблица 2.3 Основные недостатки

GPS	ГЛОНАСС
многолучевая интерференция может создавать ошибки сигнала	повышение невязки (неточности) данных при смене эфемерид, достигает 30 метров
атмосферная нестабильность влияет на показатели	периодическое нарушение непрерывности сигнала
Продолжение таблицы 2.3
гражданским пользователям предоставляются устройства с ограниченными возможностями (с постепенным улучшением)	влияние рельефа местности на точность данных.
GPS реализована и эксплуатируется МО США и поэтому есть полная зависимость от этого органа в получении другими пользователями точного сигнала GPS.	Неполная укомплектованность НКА, Высокая стоимость навигаторов. ГЛОНАСС пока не приспособлен к установке в коммуникаторы и смартфоны, так как категорически не подходит под существующее ныне мобильное программное обеспечение

Таким образом, можно сделать вывод о том что ,отличие ГЛОНАСС от GPS незначительно, но все же перевешивает в пользу американской системы. Это объясняется дополнительным количеством спутников, которых у GPS больше, чем у ГЛОНАСС, и более длительным сроком эксплуатации системы GPS, также имеется более глубокий опыт использования возможностей системы (но программа по модернизации российской сети в недалеком будущем покроет эти пробелы).

Также следует понимать, что многое зависит не только от самой сети - качество оборудования тоже определяет точность показателей и возможности работы системы. Поэтому одним из критериев выбора спутникового оборудования должно быть качество наземных устройств и их правильная установка. В противном случае даже совмещенные друг с другом, системы GPS и ГЛОНАСС не смогут работать эффективно и выдавать точные данные.

2.2 Перспективы развития Глонасс и Эра Глонасс

Проект "ЭРА-ГЛОНАСС" стартовал еще в 2009 году, когда он был одобрен Комиссией при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России. Первый контракт -- это май 2010 года. За это время сформирована нормативная база -- в прошлом году был принят, а с 1 января этого года вступил в силу Федеральный закон "О системе "ЭРА-ГЛОНАСС". В январе прошлого года были внесены изменения в Технический регламент Таможенного союза "О безопасности колесных транспортных средств", в соответствии с которым со следующего года для прохождения сертификации автомобилям, которые продаются в Казахстане, Белоруссии и России, необходимо иметь на борту устройство или систему, отвечающие требованиям "ЭРА-ГЛОНАСС". С 2017 года эти требования распространяться на все автомобили, впервые поступающие в продажу на территории трех государств.

Что касается инфраструктуры "ЭРА-ГЛОНАСС". Это совокупность навигационно-информационной платформы и телекоммуникационной подсистемы, которая позволяет передавать информацию из автомобиля в центр обработки и после первичной фильтрации на ложные и истинные вызовы передавать ее в систему 112 или (и) в системы экстренных оперативных служб. Более наглядно рассмотреть принцип работы можно на рисунке 2.1.

Рис 2.1 - Схема работы Эра-Глонасс

С 1 января 2017 года автопроизводители, обязаны оснащать все вновь выходящие на российский рынок автомобили системой ЭРА-ГЛОНАСС, которая не только станет объединяющей технологической площадкой для развития потребительских услуг, но и позволит обеспечить работу систем (взимания платы с большегрузного транспорта, тахографического контроля, мониторинга и управления транспортом, экстренного реагирования при авариях и пр.) в одном едином многофункциональном устройстве.

Большой прогресс, по мнению экспертов рынка, происходит в рамках разработки и массового производства терминалов ЭРА-ГЛОНАСС. Более 20 иностранных и российских производителей разрабатывают оборудование с учетом требований системы.

Многие автопроизводители уже имеют собственные подобные системы, например Volvo on Call, а также экстренные системы есть у BMW и Acura. При этом, работают данные технологии как с участием, так и без участия водителя.

Например, если автомобиль попал в аварию, а водитель по различным причинам не отвечает на вызов оператора, который получил сигнал о бедствии по спутнику, система автоматически вызовет на место «скорую помощь» и сотрудников патрульно-постовой службы отвечающих за безопасность дорожного движения.

Комплекс экстренного реагирования при авариях (отсюда аббревиатура ЭРА) работает на базе российской глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС), аналога американской GPS.?Разобрав оборудования для автомобиля, убедился в том, что по сути, идентичен тому, что вы увидите, разобрав современный смартфон. Это навигационный модуль ГЛОНАСС/GPS, который включает в себя микрофон, антенну, динамик, модем, управляющий контроллер, аналог SIM-карты и запасной источник питания на случай обесточивания сети. Управление достаточно простое -- только кнопка экстренного вызова с надписью SOS, расположенная обычно в стороне салонного зеркала заднего вида.

Элементы системы размещают в соответствии с требованиями функционала и с учетом компоновки машины, а не в одном месте. Ввиду того ,что необходимо обеспечить работоспособность даже при сильном столкновении, выбирают наиболее безопасные и легкодоступные места, а некоторые устройства иногда дублируют. Например, Nissan Murano имеет дополнительный динамик под сиденьем водителя.

Кроме того, некоторые элементы системы ЭРА-ГЛОНАСС дублируют функции других систем автомобиля. Например, акселерометр фиксирует по уровню перегрузок не только факт аварии, но и тяжесть ее последствий. Эти данные поступают также от блоков управления и контроля элементов пассивной безопасности автомобиля.

Все установленные на машину компоненты системы ЭРА-ГЛОНАСС -- при больших объемах их закупок автопроизводителями -- удорожат новые модели лишь на несколько тысяч рублей. Примерно столько же сегодня стоит простенький смартфон с навигацией. Не очень существенная прибавка к цене даже для бюджетной машины. Однако это далеко не все расходы, которые несут автопроизводители, чтобы внедрить ЭРА-ГЛОНАСС в свои автомобили.

Требования к системе ЭРА-ГЛОНАСС прописаны в ГОСТ Р 54620-2011. В нем сказано, что комплекс должен распознавать удары нескольких типов: фронтальный, боковой, удар сзади, а также опрокидывание. Автоматическая идентификация аварии и пересылка данных обязательны только для автомобилей категории М1, то есть пассажирских, вмещающих до девяти человек (включая водителя). Для остальных транспортных средств достаточен ручной режим связи с операторами.

Еще один интересный нюанс из того же документа: для кнопки «Экстренный вызов» должен быть реализован конструктивный механизм защиты от случайного нажатия. В кроссоверах Hyundai Creta и Nissan Murano так и сделано: клавиша спрятана за откидной панелью. А вот в Ладах ничем не прикрытая кнопка SOS соседствует с выключателями салонного света. Неудивительно, что я уже неоднократно звонил из оператору колл-центра, когда включал подсветку, снимал потолочный плафон и неудачно переложил щетку-сметку, ткнув ручкой в надпись SOS.

ГОСТ позволяет размещать виртуальную кнопку экстренного вызова на сенсорном дисплее мультимедийной системы. Причем постоянно держать ее на дисплее необязательно: документ предписывает, чтобы доступ к кнопке осуществлялся «посредством не более чем одного перехода между экранами». Спорная поблажка: в дебрях современных развлекательных комплексов нетрудно запутаться даже владельцу машины, а ведь активировать систему может понадобиться и пассажиру -- причем, вероятнее всего, в состоянии стресса. Да и экран мультимедиа после удара может погаснуть.

Принцип работы в ручном режиме: нажали кнопку -- общаетесь с оператором. В автоматическом -- иначе: после того как система зафиксировала аварию, она формирует набор данных из VIN-кода, типа транспортного средства, направления движения, момента и координат места ДТП, его вида и степени тяжести, а также информации о типе топлива и количестве пристегнутых ремней безопасности. По последнему параметру оператор определяет число потенциальных пострадавших.

Собранный информационный пакет ЭРА-ГЛОНАСС отправляет по интернету в колл-центр. Такая «посылка» весит чуть больше сотни байт, поэтому проскочит даже при плохом качестве связи. Если функция передачи данных недоступна, информация уйдет в виде СМС.?Передающий модуль системы ЭРА-ГЛОНАСС может использовать любую из доступных сетей, причем в случае их перегрузки экстренный вызов пойдет с приоритетом. Понятно, что сотовые сети покрывают не всю Россию. И если в месте аварии нет сигнала, связаться с оператором ЭРА-ГЛОНАСС не сможет. Но белых пятен на картах сотовых компаний становится всё меньше с каждым годом -- во всяком случае, вдоль основных магистралей. И к тому времени, когда система экстренной связи получит массовое распространение, практически не останется дорог, на которых не будет сотового сигнала.

ПАО «НИС», которое занимается внедрением системы, уверяет, что благодаря системе ЭРА-ГЛОНАСС сокращение времени ожидания помощи при авариях составит до 30%, а это позволит ежегодно спасать более четырех тысяч человек. Действительно, при наличии автоматического оповещения не придется дозваниваться до экстренных служб (а при плохом качестве связи звонок, в отличие от короткого сообщения, скорее всего, не пройдет) и пытаться указать им точное место аварии на трассе без ориентиров. В этом смысле помощь новинки неоценима. Однако сам момент прибытия спасателей ЭРА-ГЛОНАСС вряд ли сможет заметно приблизить. Достаточно взглянуть на карту России и оценить расстояния между населенными пунктами. Вертолеты у нас пока остаются транспортным средством из разряда экзотики, а на санитарной «буханке» быстро к месту аварии не доберешься. Так что к такой продвинутой и очень нужной системе неплохо бы приложить соответствующие оперативные службы. Однако, на их создание, оснащение техникой и последующее содержание требуются миллиарды, которые в бюджет пока не заложены.

С 1 января 2017 года получить одобрение типа транспортного средства (ОТТС) на автомобиль, не оснащенный системой ЭРА-ГЛОНАСС, невозможно. Это означает, что все новые модели, которые будут выводиться на российский рынок, должны быть оборудованы системой экстренной связи. Связанные с этим дополнительные расходы производители, естественно, переложат на потребителей -- прибавку заложат в цену новой машины.

Итак, набор компонентов автомобильного модуля стоит сравнительно немного. Недорого вышло бы даже закупать блоки в России и отправлять на сборочные предприятия в других странах. К сожалению, сертифицировать детали по отдельности и на машине приходится именно в России. А для получения сертификата необходимо провести два краш-теста: на фронтальный удар и на боковой. В будущем придется еще и опрокидывать автомобили, а это третий краш-тест. Совместить их с сертификационными испытаниями автомобиля в Европе. Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод о том что, чтобы получить право продавать автомобиль в России, производитель «попадает» дополнительно на две (а впоследствии и на три) машины для краш-тестов, плюс стоимость проведения самих краш-тестов и прочих процедур проверки системы. [5]



3. Анализ уязвимостей систем глобального позиционирования

3.1 Нарушения конфиденциальности данных

Целью информационной безопасности является обеспечение трех наиболее важных сервисов безопасности: конфиденциальность, целостность и доступность.

Понятие «конфиденциальная информация» используется в нескольких сотнях нормативных правовых актов Российской Федерации. Тем не менее, до сих пор в законодательстве не содержится четкого определения понятия «конфиденциальная информация».