چرا GPS می‌تواند تبدیل به پاشنه آشیل شود؟

غزال زیاری: این روزها حملات Jamming (پارازیت) و Spoofing (حملات فریب) سیگنال‌های GPS در سراسر دنیا در حال افزایش است. در این راستا نگرانی‌هایی هم درباره از اتفاقات تلخ درباره احتمال از کار افتادن جهانی سیستم GPS وجود دارد؛ چرا که اگر سیستم ناوبری جهانی که آمریکا به آن متکی است به طور کامل از کار بیفتد، جهان وارد هرج و مرج بی‌سابقه‌ای خواهد شد.

ماهواره‌هایی که سیستم موقعیت‌یابی جهانی (GPS) را هدایت می‌کنند، در فاصله حدود ۲۰ هزار کیلومتری بالای سر ما به فعالیت می‌پردازند و در سکوت جهان را در حال حرکت نگه می‌دارند. اما خاموشی این ماهواره‌ها، می‌تواند دنیا را به طور کامل بهم بریزد.

اگر GPS قطع شود…

دینا گوارد، بنیان‌گذار بنیاد «ناوبری و زمان‌سنجی تاب‌آور» (یک موسسه خیریه که برای تقویت GPS فعالیت می‌کند) در این باره توضیح داد: «با از کار افتادن احتمالی GPS، شاهد ترافیک‌های سنگین و تصادفات جاده‌ای خیلی بیشتری خواهیم بود؛ چرا که اولین و فوری‌ترین تأثیر این اتفاق، در سیستم حمل‌ونقل خواهد بود.»

در عین حال، هزاران هواپیما در آسمان، برای ناوبری و فرود دقیق علاوه بر سایر سیستم‌ها، از GPS استفاده می‌کنند و در صورت قطع شدن این سیستم، با ابهام‌های بی‌شماری روبرو خواهند شد. به علاوه، بخش‌های حیاتی جامعه (از تراکنش‌های مالی گرفته تا سیستم‌های تولید انرژی) که به موقعیت‌یابی، ناوبری و زمان‌سنجی دقیق (PNT) متکی‌اند هم دچار مشکل خواهند شد و ارتعاشات قطعی GPS که توسط منظومه ۳۱ ماهواره‌ای GPS متعلق به آمریکا ارائه می‌شود، در سراسر جهان احساس خواهد شد.

اریک دهلر، نایب‌رئیس بخش دفاع، ماهواره‌ها و سیستم‌های فضاپیما در شرکت سایرا اسپیس در این باره توضیح داد: «اگر قطعی GPS، در یک چشم‌به‌هم‌زدن رخ دهد و آن را به طور کامل از دست بدهیم، شاهد یک لحظه فاجعه‌بار خواهیم بود: توقف جهانی هر چیزی که حرکت می‌کند، هر داده‌ای که جابجا می‌شود و هر انسانی که حرکت می‌کند! همه این‌ها متوقف می‌شود.»

از دست رفتن سیگنال‌های زمان‌سنجی موجود در GPS، یکی از تاثیرگذارترین اتفاق‌ها خواهد بود. اتصالات تلفن همراه احتمالاً فرو می‌پاشد و در میان این اختلال، میلیاردها دلار به سرعت از بازارهای بورس محو خواهد شد.

قطعی GPS، بیش از هرکشوری برای آمریکا ویرانگر خواهد بود؛ چرا که این کشور اتکای زیادی به سیستم فضایی حاکمیتی خود دارد و در ساخت سیستم‌های پشتیبانی که بتوانند تاب‌آوری لازم برای تداوم فعالیت کشور را فراهم کنند، تعلل کرده است.

هیئت مشورتی ملی PNT مبتنی بر فضا هم پارسال هشدار داد که آمریکا در این کورس عقب مانده است. از سوی دیگر چین در سال‌های اخیر، بایدو (Beidou)، سیستم ناوبری ماهواره‌ای مدرن‌ترش را با شبکه گسترده‌ای از کابل‌های فیبر نوری و سیگنال‌های رادیویی زمینی تقویت کرده است.

چطور ممکن است GPS قطع شود

طبیعتاً شرایط لازم برای از کار افتادن کامل کل شبکه GPS  هم در نوع خودش عجیب خواهد بود و احتمالاً با پیامدهای اجتماعی گسترده‌تری همراه است. چنین قطعی‌ای ممکن است در اثر شلیک سلاح‌های ضدماهواره توسط چین یا روسیه علیه ماهواره‌های GPS آمریکا رخ دهد (لازم به ذکر است که آمریکا هم سلاح‌های ضدماهواره دارد) و یا یک طوفان ژئومغناطیسی قدرتمند، یا تشدید توانمندی‌های جنگ الکترونیک باعث قطع شدن GPS شود.

با وجودی که قطعی کامل سیستم GPS خیلی غیرمحتمل است ولی باید این را دانست که GPS هم خطاپذیر نیست و نقاط ضعف خاص خودش را دارد.

طبق گفته دهلر، در زندگی روزمره شاهد این هستیم که GPS، به صورت منطقه‌ای، به طور منظم دچار اختلال، پارازیت و تداخل می‌شود. هر هفته GPS هزاران هواپیما و کشتی مورد مداخله قرار گرفته و سیگنال‌ها به طور مرتب در اطراف مناطق جنگی مختل می‌شوند.

گوارد هم با اشاره به این نکته که آمریکا اصلاً آمادگی خوبی ندارد، یادآوری کرد که باید اقدامات بیشتری برای ایجاد سیستم‌های PNT انجام شود که بتوانند به عنوان پشتیبان سیگنال‌های جی‌پی‌اس مبتنی بر فضا عمل کنند. او دراین باره گفت: «یک آگاهی کلی وجود ندارد. ما قطعاً معماری PNT تاب‌آور یا هیچ نوع معماری PNT دیگری به جز GPS نداریم.»

GPS چیست و چگونه کار می‌کند؟

منظومه GPS متشکل از ۳۱ ماهواره است که در طول سال‌ها، چندین به‌روزرسانی سخت‌افزاری دریافت کرده‌اند. این منظومه در ۴۰ سال گذشته در حال عملیات بوده و معمولاً با در دسترس بودن ۱۰۰ درصدی، پخش می‌شود و داده‌های موقعیت مکانی دقیق را تا محدوده ۷ متری فراهم می‌کند.

ماهواره‌های GPS تنها یکی از چهار سیستم موسوم به سیستم‌های ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) در حال فعالیت هستند و علاوه بر آنها، بایدوی چین، سیستم گلوناس (GLONASS) روسیه و منظومه گالیله (Galileo) اروپا هم فعالیت مشابهی دارند. البته در طول نیم دهه گذشته، سیگنال‌های GNSS به طور روبه افزایشی مورد حمله قرار گرفته‌اند؛ چرا که فناوری مختل کردن آن‌ها ارزان‌تر و پیچیده‌تر شده است. معمولاً اختلال در اطراف روسیه، اسرائیل، میانمار، دریای چین جنوبی، مناطقی از خاورمیانه و کشورهای بالتیک در اروپا رخ می‌دهد.

حملات به سیگنال‌های ماهواره‌های جهانی

به طور کلی، دو شکل حمله علیه سیگنال‌های GNSS وجود دارد:

پارازیت (Jamming) و حملات فریب (Spoofing)؛ پارازیت شامل مسدود کردن سیگنال‌هاست، به طوری که موقعیت‌یابی در دسترس نباشد.

اما حملات فریب شامل ایجاد سیگنال‌های ساختگی است که باعث می‌شود چیزی در جای دیگری از نقشه ظاهر شود. مثلاً کشتی‌ها به نحوی نشان داده می‌شوند که انگار در خشکی یا فرودگاه‌ها هستند؛ یا هواپیماها جوری به نمایش در می‌آیند که انگار در دایره‌های تنگ پرواز می‌کنند. در یک ویدیو که در آن شاهد تداخل GPS هستیم، سیستم‌های هواپیما پیام هشدار اوج گرفتن را پخش می‌کنند، در حالی که خلبانان ارتفاع را بالاتر از ارتفاع کوه اورست گزارش می‌کنند.

تاد هامفریز، مدیر آزمایشگاه ناوبری رادیویی دانشگاه تگزاس در این باره گفت: «من بیش از همه نگران هوانوردی هستم. تداخل GNSSدست کم یک بار عامل اصلی یک حادثه مرگبار هوایی در اروپا بوده و یک حمله عمدی علیه هوانوردی آمریکا، برخلاف حملات جانبی در اروپا، آسیب اقتصادی حیرت‌انگیزی به بار خواهد آورد.»

به گفته مقامات هوانوردی، تعداد حوادث فریب (Spoofing) در سال گذشته ۵۰۰ درصد بیشتر از سال ۲۰۲۳ بوده است.

آسیب‌های احتمالی و بی اطلاعی کاربران

در آمریکا، ارتش از تنظیمات جی‌پی‌اس قوی‌تری نسبت به کاربردهای تجاری استفاده می‌کند ولی در تمام زیرساخت‌های حیاتی، از ارتباطات و سیستم‌های نظارت بر سلامت گرفته تا تولید غذا و مدیریت فاضلاب، ردی از داده‌های PNT دیده می‌شود.

کیتلین دورکوویچ، مقام سابق امنیت ملی و کارشناس زیرساخت‌های حیاتی دراین باره توضیح داد: «هیچ بخشی وجود ندارد که از GPS استفاده نکند و برخی نسبت به بقیه وابستگی بیشتری دارند. اما کاربرهای این بخش‌ها از ریسک‌های مرتبط با وابستگی‌شان به آن و روش‌هایی که ممکن است منجر به اختلال یا تضعیف سیستم شود، آگاهی ندارند.»

طبق گفته کارشناسان، ایجاد یک رویکرد «چندلایه» می‌تواند به کاهش آسیب‌پذیری GPS در برابر حملات کمک کند.

مقایسه GPS با رقبای بین المللی

هر دو سیستم گالیله اروپا و بایدوی چین جدیدتر از GPS هستند و از برخی جهات تاب‌آوری بیشتری دارند.

در حالی که ماهواره‌های GPS تنها در مدار میانی زمین مستقر هستند، بایدو در چندین مدار ماهواره دارد و در استقرار آن‌ها در مدار پایین زمین نیز پیشرفته‌تر است. چین درعین حال دارای یک شبکه پخش رادیویی زمینی به نام eLoran است و با کشیدن ۲۰هزار کیلومتر کابل فیبر نوری، ساختاری را طراحی کرده که به ۲۹۵ مرکز زمان‌سنجی متصل می‌شوند تا جایگزین‌هایی را پخش کنند.

تلاش‌ها برای ارتقای GPS

از همین رو، مقامات مرتبط در آمریکا، خواهان رویکرد منسجم‌تری برای مدیریت PNT شده و امیدوارند تا GPS به طور خاص به عنوان «زیرساخت حیاتی» تعیین شود.

گوارد دراین باره گفت: «ما دوست داریم معماری ملی هسته‌ای PNT را ببینیم. پس نوعی شبکه فیبر و پخش زمینی را پیشنهاد می‌کنیم. از نظر ما، این یک بازدارندگی قابل توجه خواهد بود و در واقع سیستم‌های مبتنی بر فضا را ایمن‌تر می‌کند، چرا که افراد کمتری تمایل به تداخل در آن خواهند داشت.»

جرمی بنینگتون، نایب‌رئیس تضمین PNT در Spirent Communications هم دراین باره توضیح داد: «این بدان معنا نیست که آمریکا زیرساخت زمان‌سنجی قدرتمندی ندارد، در واقع بسیار قوی است. اما بخش زیادی از آن در نهادهای تجاری پراکنده است که تفاوت آشکاری با رویکرد ملی چین دارند. به نظر من به یک پشتیبان نیاز خواهد بود تا بتوان در نهایت به آن رویکرد چندلایه رسید.»

راه‌های متعددی برای افزودن تاب‌آوری بیشتر و ارتقای سیستم GPS موجود وجود دارد. در واقع می‌توان ماهواره‌های GPS را به مدارهای دیگر اضافه کرد تا سیگنال‌های توانمندتری عرضه کنند و در عین حال نباید تلاش برای یافتن راه‌هایی در راستای کاهش تأثیر پارازیت و فریب را نیز فراموش کرد

لیزا دایر، مدیر اجرایی اتحاد نوآوری جی‌پی‌اس هم یادآوری کرده که سیستم GPS می‌تواند مثل گالیله و بایدو، قابلیت احراز هویت را برای تأیید واقعی بودن سیگنال‌هایش اضافه کند. به گفته او در عین حال عرضه سیگنال جدیدتر L۵ هم می‌تواند محافظت بیشتری برای هواپیماها و هوانوردی ایجاد کند.

به‌روزرسانی‌های سخت‌افزاری نیز در حال انجام است. نیروی فضایی آمریکا اخیراً بودجه چندین شرکت را برای توسعه منظومه‌های ماهواره‌ای GPS در مدار پایین زمین تأمین کرده و به سرعت سیستم‌هایی را به فضا پرتاب کرده است.

بنینگتون بر این باور است که علاوه بر مدیریت بهتر دولتی در مورد GPS، سازمان‌ها باید برای ارتقای سیستم‌ها و حفاظت‌های خود هزینه کنند: «اگر پارازیت یا فریب GPS در هر فرودگاه بزرگی رخ دهد، میزان لغو پروازها و تاخیرها و هزینه‌های تحمیل شده به شرکت‌های هواپیمایی تنها در چند ساعت، بیشتر از هزینه ارتقای ناوگان آن‌ها خواهد بود.»

منبع: wired

۵۸۳۲۱