Introducción
Desde hace algunos años las interferencias del GNSS son cada vez más frecuentes y más sofisticadas. En aviación es un tema muy preocupante y cada vez se presta más atención a los dos incidentes más comunes, el jamming o bloqueo de la señal y el spoofing o suplantación de la señal. El término genérico para la navegación por satélite es GNSS, pero una gran mayoría de fabricantes utilizan el sistema norteamericano GPS y ese es el término que vamos autilizar aquí para referirnos a cualquier sistema de posicionamiento basado en satélites.
El tema es complicado desde muchos puntos de vista. Desde el punto de vista técnico, una de las mayores complicaciones reside en el hecho de que existen múltiples fabricantes de receptores y equipos de navegación/comunicación. También existen muchas compañías que producen sistemas de aviónica (Honeywell, Rockwell Collins, Thales, etc.) por último existen muchos tipos diferentes de aviones. Incluso dentro de una sola familia, como por ejemplo Airbus, existen deecenas de variaciones y modelos donde las combinaciones de aviónica y hardware instalado pueden dar lugar amuy diversos fallos e indicaciones. Por ese motivo aquí hablaremos de forma genérica y no nos centraremos en un modelo de avión o fabricante en particular.
Para entender completamente este artículo es necesario tener conocimientos básicos del principio de operación de los sistemas de posicionamiento satelitales como el GPS. En este Blog existen muchos artículos que hablan de ello y son facilmente localizables en el buscador.
Sumario
- Diferencia entre Jamming y Spoofing
- Dónde y cómo se hace el spoofing
- Métodos y tácticas del spoofing
- Reconociendo las señales de uno y otro
- Mitigando los efectos
1.- Diferencia entre Jamming y Spoofing
Jamming (interferencia intencional / Denial of Service GNSS): es la emisión de señales de radio (ruido o señales simples) en las bandas GNSS (por ejemplo L1 1575.42 MHz, L2, L5, E1, E5) con la intención de degradar la relación señal/ruido (C/N₀) en el receptor, produciendo pérdida de rastreo, “blinding” del receptor o errores de posicionamiento por ausencia de satélites válidos. En pocas palabras es una denegación de servicio.
Spoofing (engaño / manipulación de la solución de navegación): consiste en transmitir réplicas o ré-emisiones deliberadamente manipuladas de las señales GNSS que el receptor acepta como legítimas; el objetivo es que el receptor calcule una posición, velocidad o tiempo falsos sin perder necesariamente el seguimiento. Puede ser un meaconing simple (retransmitir con retardo) o un takeover sofisticado (generar señales sincronizadas y con potencia controlada para desplazar la solución del receptor).
Debajo mostramos la diferencia entre la navegación normal sin problñems, el jamming y el spoofing. En la primera ilustración se muestra un avión genérico que puede ver la solución de navegación correcta en el CDU. El EICAS no muestra ningún mensaje.
En la segunda ilustración se muestra un avión que vuela cerca de un área de conflicto donde alguno de los actores implicados trata de denegar la señal para que los drones enemigos no puedan navegar hasta su objetivo. En este tipo de escenarios el jamming militar afecta a la aviación civil. El avión pierde también la solución de navegación en el CDU y aparecen varios mensajes alertando al piloto sobre la pérdida de la señal GPS.
En la tercera ilustración se muestra una sofisticada suplantación de la señal GPS para que los drones enemigos vuelen hacia otros lugares donde no causen daño. El avión comercial que sobrevuela esta área también capta esta señal falsa y la solución de navegación que ve el piloto en el CDU es totalmente incongruente con la posición en la que se suponía deberían estar. El EICAS/ECAM muestra otra clase de avisos de fallo diferente y en la que la posición impide cierto tipo de operaciones, mcomo por ejemplo las aproximaciones RNAV/RNP basadas en GPS.
2.- Dónde y cómo se hace el spoofing
La gran mayoría de casos de jamming y spoofing ocurren cerca de áreas de conflicto. El mayor nivel de suplantación de identidad en el Mediterráneo oriental se registra cerca de Israel, Líbano, Chipre y Egipto. Otras zonas con una presencia significativa de suplantación de identidad incluyen el Mar Negro, el oeste de Rusia y la frontera entre India y Pakistán. Los mapas completos se muestran en el siguiente enlace: https://gpswise.aero/
La mayoría de las veces las interferencias de la señal GPS son producidas por países en conflicto o por lo que se ha venido en denominar "state actors" o personas/organizaciones que trabajan para alguno de esos países. Debajo se muestran equipos militares móbiles terrestres que causan alteraciones de las señales satelitales. Normalmente están diseñados para interferir o suplantar la señal que utiliza la fuerza aérea enemiga, pero hoy en día se ha extendido esta práctica a toda clase de medios de transporte. Existen muchos paises y state-actors interesados en crear miedo, caos y confusión para perseguir sus fines.
En agosto de 2024, una plataforma petrolífera frente a las costas de Odesa fue destruida por Ucrania por servir de estación de interferencia satelital por parte de los rusos. Hoy en día cualquier sitio puede ser utilizado como plataforma.
Con el auge de la electrónica barata proveniente de china, hoy en día no sería descabellado pensar que cualquier jóven con conocimientos avanzados de telecomunicaciones y programación pudiera tratar de interferir la señal de nuestro avión incluso desde el propio asiento de clase turista del mismo avión en el que viaja.
¿Cómo se hace el spoofing?
En puridad existen dos tipos diferentes de spoofing. El llamado no coherente o asíncrono es aquel que muestra una posición absurda en un momento dado. El spoofing coherente o sincrónico es aquel que toma el control de la aeronave de una forma más realista y acaba desviando el vuelo sin que inicialmente los pilotos se den cuenta. El avión puede ser volado con el piloto automático conectado y acabar desviado a muchas millas de distancia cuando los pilotos acaben por ver que algo extraño ocurre. El spoofing coheente es mucho más sofisticado y requiere muchos más recursos para poder ponerlo en práctica de forma que la tripulación no se de cuenta. Hoy en día la casi totalidad de spoofing es del tipo no coherrente.
Aunque las señales falsas (spoofed) se parezcan mucho a las reales del GPS, estas diferirán en varia formas:
- La onda portadora y el desfase entre señales recibidas por el avión y las enviadas por el satélite
- Los datos de navegación (órbitas incorrectas que alteran la posición rela del satélite, etc.)
- Las marcas de tiempo que manda el satélite y son muy importantes para que el receptor siga validando los datos de navegación.
Aquí se muestra un satélite genérico (SV o "Space Vehicle" tal como se denominan propiamente en la terminología GPS) que lanza varias señales. Las más conocidas son la L1 y la L2. La señal L2 es la que se utiliza en el ejército y personal autorizado por el DoD. Esta señal está codificada. Es muy difícil de hackear porque el mensaje está encriptado. El mensaje tarda una semana en repetirse y para un observador casual que pudiera captar la señal esta sería una ristra incoherente de ceros y unos sin ningún sentido. Se parecería más a ruido que a una señal propiamente dicha, pero no lo es. Por ese motivo se le suele denominar a esta señal PRN o Pseudo Ramdom Noise.
La señal L1 en cambio se emite en abierto sin codificación y por ello es muy fácil de hackear. Otra característica que la hace más vulnerable que la L2 es que el PRN de esta señal se emite cada milisegundo. Esto es un ristra de ceros y unos de "solamente" unos 300 km (recuérdese que las señales electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz). Un habilidoso especialista podría hacerse con las señales L1 en poco tiempo. Las frecuencias L1 y L2 no están elegidas al azar. 1575.42 MHz para la L1 y 1227.6 para la L2. ¿De dónde salen estas frecuencias?
A la hora de diseñar el GPS, los ingenieros basaron su precisión en los relojes atómicos de Berilio y Cesio que llevan en su interior. Estos átomos tienen una resonancia natural muy estable en el orden de los gigahercios, pero los ingenieros utilizaron estas frecuencias para producir otra frecuencia superestable que fijaron en los 10.23 MHz. La precisión es muy grande. Del orden de un segundo en miles de años. Ahora solo tenemos que utilizar múltiplos de esta frecuencia para producir nuestra señal:
154 x 10.23 = 1575.42
120 x 10.23 = 1227.6
Y existe una nueva señal, la L5, dedicada a la aviación que poco a poco se está poniendo en práctica con los nuevos satélites y es también un múltiplo de 10.23.
115 x 10.23 = 1176.45
En la imagen de arriba se muestra un antiguo reloj atómico de los satélites de los años 80 donde se puede ver la frecuencia de 10,23 MHz en la placa.
Debemos recordar en este punto que la precisión (el tiempo preciso) es fundamental para el correcto funcionamiento y cálculo de posición. Imagine el lector que los más diminutos cambios producirían un error enorme en el cálculo. Los satélites orbitan a nada menos que 20.200 km de distancia en lo que se denomina MEO (Middle Earth Orbit). Incluso en esas alturas todavía se encuentran pequeñas partículas procedentes de nuestra atmósfera y que impactan contra el satélite y lo van frenando. La gravedad también actúa y va tirando del satélite hacia una órbita má baja. Los satélites también sufren de efectos relativistas (velocidad y distancia de un observador). Recuérdese el famoso ejemplo de los dos gemelos en el que uno de ellos abandona la Tierra muy lejos y a gran velocidad. Al regresar encuentra a su hermano hecho un anciano mientras que para él solo han pasado unos semanas.
Con los satélites ocurre lo mismo. Están muy lejos de nosotros y su velocidad es de 14.000 km/h o 3,9 m/s. Esto significa que diariamente se retrasarían un nanosegundo... nada grave para nuestro flamante reloj de pulsera suizo, pero una gran cantidad de distancia para el sistema GPS. Un retraso de una millonésima de segundo significa que el error de posición crecería diariamente en 30 cm.
Para evitar estos errores y otros muchos de los que no podemos hablar aquí por falta de espacio, los satélites son controlados y reposicionados desde Tierra, concretamente desde la Base Aérea Schriever en Colorado Springs. Para ello, los satélites cuentan con depósitos de combustible (típicamente una clase de hidracina) que utilizan para las correcciones. Ese es el motivo por el que estos aparatos de unos 35 millones de dólares tiene que ser reemplazados cada cierto tiempo (unos 11 años en los nuevos satélites).
EL ARTÍCULO SEGUIRÁ PRONTO EN LA PARTE II
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