스푸핑(Spoofing)

1. GPS 기만(Spoofing)

스푸핑은 수신기가 잘못된 위치에 있다고 믿게 만드는 지능형 간섭의 형태로 수신기에 허위 GNSS/GPS 신호를 보내 잘못 위치와 시간정보를 표시하여 사용자를 속이는 것 입니다. 스푸핑 공격은 원래 메시지와 다른 내용으로 바꿔치기하는 것은 기만(스푸핑), GPS 신호를 먼저 받은 뒤 시간차를 두고 다시 보내는 미코닝처럼 또 다른 GPS 혼신 기술들이 존재한다.

GPS 신호의 송출전력은 개방된 장소를 기준 으로 했을 때 약 -160dBW로 매우 낮으며 이로 인해 GPS 신호를 수신할 때 각종 전파간섭이 발생할 가능성이 높다.

 

2. 스푸핑의 종류

Spoofer 는 잘못된 위치 정보를 전달하는 무선 신호로 상대적으로 약한 GNSS 신호를 압도합니다.

스푸핑에는 두 가지 방법이 있습니다.

1) 수정된 위성 신호의 생성 및 송출

스푸핑은 GPS 기만기를 이용하여 이루어지는데 GPS 기만기는 공개된 GPS 신호 구조를 이용하여 오차가 인가된 거짓 GPS 신호를 생성하여 목표로 삼은 수신기에 송신함으로써 수신기가 잘못된 시각과 위치를 계산하도록 한다. GPS 기만기는 GPS 신호를 수신하고 이를 처리할 수 있는 장비를 이용하여 임의 위성신호에 대해 오차가 삽입된 정보를 생성하고 이를 실제 GPS 신호보다 다소 높게 송출함으로써 목표로 삼은 수신기가 실제 GPS 신호가 아닌 기만기가 송출한 신호를 획득, 추적 하도록 한다.

 

2) 다른 장소 또는 시간에 기록 된 GNSS 신호 재방송 (미코닝)

GPS 신호를 수신하고 단순히 재방송하는 형태의 전파교란인 재방송은 수신기가 TOA(Time of Arrival) 정보를 사용하여 위치를 계산하는 점을 이용해 수신한 GPS 신호를 일정 시간 동안 지연시킨 후 다시 수신기에 재송신함으로써 오차가 인가된 PVT(Positioning, Velocity, Timing) 정보를 산출하도록 하는 것이다

 

3. 스푸핑의 방지방법

스푸핑을 방지하기 위해 GNSS 수신기는 인증 된 신호와 스푸핑 된 신호의 혼합에서 스푸핑 된 신호를 감지해야 합니다. 위성 신호가 스푸핑 된 것으로 표시되면 위치 계산에서 제외 될 수 있습니다.

1) 스푸핑 검출 기술

① 신호 전력의 절대적인 크기 감시

일반적으로 GPS 수신 신호 전력은 L1 채널의 P(Y) 코드에 대해서는 -155.5dBW, C/A 코드에 대해서는 -153dBW, L2 채널의 모든 신호에 대해서는 -158dBW 를 초과하지 않을 것으로 예상된다.

② 신호 전력의 변화율 감시

GPS 위성은 지구로부터 2만km 떨어져있기 때문에, 지구 표면 근처의 어떠한 위치 변화에 대해서도 신호 전 력이 급격하게 변하지 않는다.

③ 도플러 변화량 검사

GPS 수신기는 위치해를 계산할 뿐만 아니라 위성 위 치도 계산할 수 있다. 따라서, 각 GPS 위성에 대한 수신 기의 상대적인 속도도 유도가 가능하다. 단일 송신기를 사용하는 기만기는 모든 위성에 대해서 도플러 변화량을 얻는 것은 불가능하다. 

④ 위성 궤도력 검사

위성 위치 계산에 사용된 수신 위성 궤도력 데이터와 기만되기 전의 위성 궤도력 데이터를 비교하여 스마트 재밍 신호를 검출할 수 있다. 이 방법은 기만기가 스마 트 재밍 신호에 잘못된 메시지를 삽입하여 전송하는 것 을 검출하는 것이다.

 

2) 스푸핑 극복 기술

① 수신기 보호방식

수신자가 제공 할 수 있는 다양한 수준의 스푸핑 보호가 있습니다. GNSS 수신기는 가장 단순한 형태의 스푸핑에도 취약합니다. 반면 보안성이 있는 수신기는 신호 이상을 찾거나 Galileo OS-NMA 및 E6 또는 GPS 군용 코드와 같은 스푸핑을 방지하도록 설계된 신호를 사용하여 스푸핑을 감지 할 수 있습니다

② 위성데이터 인증방식

여러 국가에서 GNSS 위성에 직접 보안을 구축하여 스푸핑 복원력에 투자합니다. OS-NMA (Open Service Navigation Message Authentication)를 사용하는 Galileo 는 민간 GNSS 신호에 직접 안티 스푸핑 서비스를 도입 한 최초의 위성 시스템입니다.

OS-NMA 는 Galileo E1 주파수에서의 무료 서비스입니다. Galileo 및 GPS 위성의 내비게이션 데이터를 인증 할 수 있습니다. 이러한 내비게이션 데이터는 위성 위치에 대한 정보를 전달하며, 변경되면 수신기 위치 계산이 잘못됩니다. 현재 개발중인 OS-NMA 는 가까운 장래에 공개 될 예정입니다. 또한 GPS 는 최근 Chimera 인증 시스템을 사용하여 민간 사용자를 위한 위성 기반 스푸핑 방지를 실험하고 있습니다.

③ 신호레벨 인증방식

갈릴레오 시스템은 자율 주행 차와 같은 안전에 중요한 애플리케이션을 위한 최고 수준의 보안과 함께 E6 신호에 대한 상용 인증 서비스 (CAS)를 제공 할 것입니다. 신호 수준 암호화는 군용 GPS 신호와 유사한 기술을 기반으로 합니다. 비밀 키를 가진 수신자 만 이러한 암호화 된 신호를 추적 할 수 있습니다. 가짜를 불가능하게 만드는 신호를 생성하는 데에도 비밀 키가 필요합니다. CAS 인증 기술은 현재 유럽 우주국과 공동으로 Septentrio 에서 프로토 타입을 제작하고 있습니다. 스푸핑 방지기술이 있는 GNSS 는 신뢰할 수 있는 정확한 포지셔닝 및 타이밍을 의미하며 이 필수 기술을 사용하는 모든 사람들은 안심하고 GNSS 기술을 사용할 수 있습니다.