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关于GPS安全性和原理
GPS一般指全球定位系统，是一种以人造地球卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统，它在全球任何地方以及近地空间都能够提供准确的地理位置、车行速度及精确的时间信息。以下是小编整理的关于GPS安全性和原理，希望能够帮助到大家。
GPS安全性和原理1
GPS的安全性并不是一个新话题。
最著名的例子恐怕要算2011年伊朗劫持美国无人机。2011年12月4日，美国的一架RQ-170无人机，在伊朗领空飞行。伊朗军方并没有击落它，而是使用了某种GPS欺骗的方法使这架飞机乖乖的降落在伊朗东北部的Kashmar。这架完好的无人机为伊朗军方提供了一个极好的研究标本，他们从中获取了不少技术和军事机密。
从那以后，GPS欺骗的研究就越来越火了。
GPS系统的基本原理是怎样的呢?
GPS卫星星座由24颗卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上，即每个轨道面上有4颗卫星。卫星的分布经过了巧妙的设计，这种布局的目的是保证在全球任何地点、任何时刻至少可以观测到4颗卫星。为什么一定要4颗卫星呢?GPS定位是通过测距来实现的。GPS接收机要测量每颗卫星到它之间的距离，距离等于光速乘以时间，这就构成一个方程式。卫星的位置是已知的，接收机的空间三维位置是未知的，时间也是未知的，所以一共有4个未知数。因此我们需要4个方程，才能解出4个未知数。
那么为什么GPS接收机能够被欺骗?
GPS卫星通过不断的广播信号，告诉接收机，自己在什么位置。这是一个单向的广播信号，而且经过了太空到地面这么远的传播，信号已经变得非常非常弱。此时，如果有一个GPS模拟器，在接收机旁边，假装成卫星，那么这个模拟器的信号很容易盖过真正的'GPS信号。就像下面这张图的情况，接收机只能听到那个嗓门大的。
过去做一个GPS模拟器并不是一件容易的事，GPS信号有复杂的格式，发射方法。一个商用级的GPS模拟器售价高达百万元人民币。比较简单的一种方法是“重放攻击”，也就是录制一段GPS信号，然后再播放出来，就像下图的示例。
但是，随着软件无线电技术的不断发展，以及丰富的开源代码不断涌现。现在，攻击者已经可以找到几乎现成的开源代码，配合软件无线电设备，就能够发射GPS信号，任意地点，任意时间，以假乱真!
这会产生哪些后果呢?
美国德克萨斯州立大学奥斯汀分校，Todd Humphreys教授领导的无线导航实验室，是GPS安全研究领域，非常领先的一个团队。2012年，Todd Humphreys教授发表了TED演讲，呼吁公众注意GPS安全性;2013年，这个团队成功欺骗了一艘游艇，改变了航向;2014年，他们又成功欺骗了一架无人机，控制了它的飞行位置。
除了扰乱定位系统以外，GPS欺骗还可以扰乱定时系统，改变通信基站，金融交易系统的授时信息。据说这样的时间差，可以在交易中抢得先机于是从中获利。在军事应用中，这中攻击就会产生更严重的后果。1996年，中国两枚导弹发射失败疑因GPS被美军做手脚。
说到这里，要介绍一下GPS民用信号和军用信号的差别。
GPS卫星在1575.42MHz发射的1.023MHz带宽的信号，是民用信号，对全球开放的，标准是完全公开的。各个芯片厂家可以根据这个标准设计GPS芯片，用在各种电子设备中。
GPS卫星在1227.60MHz发射的10.23MHz带宽的信号，是军用信号。这种信号使用了高强度的加密措施，只有美国军方能够使用。破解不是不可能，只是复杂度很高，也很难实现欺骗攻击。也就是说，除了美国军方以外，其他人都只能使用非常开放的民用GPS信号。
在这里，我们再说回到开头的例子，为什么伊朗能够劫持使用了美国“军用”GPS信号的无人机呢?有专家分析认为，伊朗可能是通过压制1227.6MHz的信号，使无人机的定位系统回退到1575.42MHz的民用信号，从而在不加密的民用信号上实现了欺骗。
如今，全球只有四个卫星导航系统：分别是美国GPS系统、欧洲伽利略GALILEO系统、俄罗斯的格洛纳斯GLONASS系统和中国的北斗系统。
目前中国仍然有大量的设备还在使用GPS定位，大到通信基站，船舶飞机，小到手机和各种物联网设备。GPS欺骗攻击的门槛已经变得如此之低，不得不让人担忧这些系统的安全性。在无法改变GPS芯片的情况下，建议开发者们在应用层结合蜂窝网络定位，Wifi定位等各种信息，做一个综合的判断，避免定位定时错误可能带来的后果。
最后，关于低成本GPS欺骗攻击的更多技术细节，360 UnicornTeam将在今年夏天的DEFCON23大会上演讲中详细介绍。
GPS安全性和原理2
所谓的GPS，全称叫做全球定位系统（Global Positioning System，GPS），是世界上第一个全球卫星导航系统。早在20世纪70年代，美国就开始研制，经过差不多20年的研发时间，耗资200亿美元，最终在1994年全面建成。
GPS的定位原理并不难，其实就是三角定位法。简单来说，就是通过在不同的位置测量卫星和接收器之间的距离，从而确定接收器的位置。通常来说，一个接收器需要随时至少能够和4颗GPS卫星直接联系，才能精确判断自己所处的位置；如果只有3颗卫星，那么就无法判断海拔高度；如果只有2颗，那就无法计算精确位置了。
由于工作原理的限制，全球卫星导航系统的卫星数量也有一个下限。以美国的GPS为例，至少要有24颗卫星在轨道上正常运行，才能保证地球上绝大部分地区能够随时“看到”4颗GPS卫星，从而实现精准定位。
根据要求和目的的不同，全球卫星导航系统也可能不止24颗卫星。比如备用卫星或者其他轨道的卫星等等
对于全球卫星导航系统的用途，我们大家都非常熟悉，平时出门的时候想要导航或者定位，都会用到这个系统。可以说，如果没有导航，我们的日常生活将会失去很多便利。
不过，它的作用绝不仅仅在于此，除了民用之外，它还在许多领域发挥着更为关键的作用。
以海运为例，别说是这些巨轮在航行过程中需要通过GPS来导向，甚至在卸货的时候吊取集装箱的时候，起重机都需要借助GPS来确定自己该吊哪个集装箱。
还有现代农业，也非常依赖全球导航系统。该系统可以帮助农民进行农机车辆导航、平地、精确播种、喷药、撒肥、数据管理以及作物活力检测和变量控制等等工作，不论是在效率上还是在准确率上，都比人工管理要高得多。
当然了，全球导航系统还有一个非常重要的作用，那就是在军事方面的重要意义。首先就是导弹的制导，需要利用GPS等系统来进行导航，从而精准地击中目标。除了导弹之外，无人机也需要根据卫星系统的导航来确定攻击目标的位置。还有军事行动中，军队也可以通过导航系统判断自己的位置，确定行进方向。
伦敦经济学院曾经进行过一项评估，他们认为，如果GPS中断5天的时间，那么将会对英国造成高达51亿英镑（约合65亿美元）的经济损失！对于美国来说，GPS故障一天的损失也将高达10亿美元。如果是发生在4-5月，也就是农业的播种季节，那么每天的损失甚至高达15亿美元！
目前，全世界一共有四个国家/地区拥有属于自己的导航系统，除了美国的GPS之外，还有欧洲航天局的伽利略卫星定位系统、俄罗斯的格洛纳斯以及我国的北斗卫星导航系统。
其中，格洛纳斯是早在苏联时期就开始建设的全球卫星导航系统，苏联解体后，俄罗斯于1993年继续建设该系统，最终于2007年开始运营。原则上讲，格洛纳斯只需要18颗卫星就能保证俄罗斯境内用户的使用。为了防止意外，格洛纳斯系统还需要发射一些备用的卫星。截至2012年时，该系统一共有24颗卫星在轨。
从功能到全球覆盖范围再到精确度等方面，格洛纳斯和GPS之间有一点差距，但差别并不大。相比之下，格洛纳斯更擅长在北半球、尤其是高纬度地区发挥作用，因为俄罗斯就处于这个范围内。根据俄罗斯航天局局长罗戈津的说法，俄罗斯国内的手机都装有格洛纳斯系统，所以他们不需要完全依赖GPS系统。
看到上面的介绍大家就知道，全球卫星导航系统对于一个国家来说有多么重要，但另一方面，建设这样的系统又有多么困难。即便如此，我国科学家还是凭借着聪明才智，为我国建设了属于我们自己的`导航系统，那就是北斗导航。
2020年6月30日，北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空，这标志着我国北斗三号最后一颗组网卫星发射成功，北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。
可以说，北斗导航的组网，再一次提升了我国的国际地位和综合国力，让全世界对中国刮目相看。凭借着北斗导航，我们的腰杆子更硬了，也不用惧怕其他国家切断信号。
甚至可以说，全球卫星导航系统是一个国家的重要“武器”。正因如此，格洛纳斯也成为了俄罗斯航天局投资最多的项目。
随着人类科技的发展，全球卫星导航系统也面临着越来越多的干扰，比如来自其他国家的干扰、犯罪分子的干扰，同时还需要担心的，就是太阳辐射的干扰。如果太阳活动过于剧烈，也有可能使GPS失灵。
目前，这些国家也都在尽量对自己的全球卫星导航系统进行不断的更新和升级，使其具有更加强大的功能。目前来看，拥有全球卫星导航系统仍然是一个国家提升话语权的重要依仗。
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