GPS en danger : ces signaux sont plus vulnérables que vous ne le pensez

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Cela fait que les gens se demandent comment les protéger et ce que nous faisons pour la sauvegarde.

La dernière génération de satellite GPS telle qu'elle se présente probablement en orbite.

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Le Cessna Citation Excel approchait de l'aéroport de Sun Valley, dans l'Idaho, lorsque quelque chose ne semblait pas correspondre à sa trajectoire de vol. Comme beaucoup d'avions, il était réglé sur le GPS pour le guidage. Habituellement, c'est une bonne chose. En ce jour d'août 2018, cependant, un problème est survenu. Les signaux GPS près de l'aéroport n'étaient pas fiables et la fumée dans la zone rendait la visibilité médiocre. L'avion d'affaires de taille moyenne était hors cap et volait trop bas sur le terrain montagneux.

La cause probable des lectures GPS bancales ? Activité militaire qui a causé le brouillage des signaux, selon un Compte de Système de rapport de sécurité aérienne de la NASA , qui rassemble information fournis par des pilotes, des contrôleurs aériens et d'autres professionnels de l'aviation. Heureusement, le radar au sol a fourni une lecture plus précise et les contrôleurs ont amené l'avion à sa destination en toute sécurité.

Robert Rodriguez/CNET

Ce n'était pas un événement isolé, selon le rapport de Spectre IEEE et d'autres.

Le GPS n'est que trop sensible au brouillage et à son cousin filou, l'usurpation d'identité. Les signaux utilisés par les avions, les navires, les tracteurs agricoles et votre smartphone proviennent de satellites situés à 19 300 kilomètres dans l'espace. Au moment où ils atteignent la Terre, ils sont extrêmement faibles et facilement submergés. UNE satellite lancé en juin vers la constellation GPS représente un petit pas vers la sécurisation du service. Mais les satellites eux-mêmes sont confrontés à des dangers.

Toutes ces menaces inquiètent beaucoup de gens. À peu près tout, tu vois,repose sur le GPS.

Les signaux très précis du Global Positioning System ont fait leur chemin dans presque tous les tissus de la vie moderne, de l'enregistrement des transactions bancaires à la synchronisation des réseaux électriques pour vous aider à trouver le Starbucks le plus proche. Les entreprises et les particuliers peuvent utiliser les capacités PNT du système - positionnement, navigation et synchronisation - pour presque rien. Aux États-Unis, le GPS a environ 1 milliard de dollars par jour en impact économique , selon l'Institut national des normes et de la technologie. Il est également vital pour les opérations de l'armée américaine.

Il y a tellement de choses à faire sur le GPS qu'une loi fédérale de 2018 a cherché à résoudre l'un des plus gros problèmes sous-jacents : l'absence de sauvegarde dédiée.

Tout dommage substantiel ou perturbation du système serait une mauvaise nouvelle.

'J'espère que nous pourrons prendre de l'avance et au moins obtenir (...) une certaine résilience dans les systèmes (qui dépendent du GPS) avant que la mauvaise chose ne se produise', déclare Dana Goward, président de la Resilient Navigation and Timing Foundation, une organisation à but non lucratif basée à Washington, DC.

Le GPS ne vous surveille pas réellement. Mais les données qu'il fournit, ainsi que les systèmes d'information géographique, peuvent aider une entreprise à garder un œil sur ses conducteurs.

Une sauvegarde aurait beaucoup à prouver.

« Il est en fait difficile de créer ce remplacement géant et universel pour le GPS », déclare Richard Mason, ingénieur senior chez Rand Corp. et auteur principal d'un rapport sur la capacité nationale du PNT commandé par le Department of Homeland Security en 2019 et rendu public en mai de cette année. Le rapport est sceptique quant à l'ampleur de l'intervention du gouvernement, malgré les vulnérabilités du GPS.

Du côté positif, dit Mason, 'il y a beaucoup de petites sauvegardes partielles'.

Par exemple : votre téléphone pourrait perdre le GPS, dit Mason, et cela vous donnerait toujours une idée de l'endroit où vous vous trouvez en fonction des signaux cellulaires (ce que l'on appelle le GPS assisté), mais pas aussi précisément. Les aéronefs ont des systèmes de navigation alternatifs. Les entreprises financières peuvent obtenir services de chronométrage d'autres sources.

Alors, quel est le problème ? C'est que nous sommes accros au GPS à grande échelle.

Ces signaux de l'espace sont devenus 'la référence nationale de facto', a déclaré le National Security Telecommunications Advisory Committee dans un rapport au président Joe Biden en mai. 'Une adoption aussi large signifie que leurs vulnérabilités constituent une menace quasi-existentielle.'

Le groupe a recommandé au gouvernement d'élaborer une stratégie pour une « architecture de synchronisation nationale » et d'affecter des fonds suffisants pour la créer.

Les menaces qui pèsent sur le GPS

Il y a un précédent pour que le gouvernement américain finance quelque chose aimer GPS parce qu'il a construit le GPS en premier lieu, principalement en tant que technologie militaire, à partir des années 1970. Dans les années 1990, la navigation par satellite commençait à faire partie intégrante de la vie civile.

En ce moment, Washington dépense environ 1,8 milliard de dollars par an pour garder le GPS opérationnel. L'US Space Force gère les satellites et les stations au sol qui les suivent. (Il a repris la responsabilité de l'Air Force après avoir été transformé en une branche distincte en décembre 2019.) Le ministère des Transports est l'agence civile principale pour les efforts du PNT.

La constellation GPS se compose de 31 satellites situés en orbite terrestre moyenne. Ces satellites transportent des horloges atomiques et les radios embarquées envoient des signaux de synchronisation précis à des récepteurs au sol, y compris la puce GPS de votre téléphone. Les signaux GPS atteignent plus de 4 milliards d'utilisateurs militaires et civils dans le monde, selon la Force spatiale.

Ces signaux de synchronisation sont traduits en données de localisation lorsqu'un récepteur synchronise les signaux de plusieurs satellites. Compte tenu de la répartition des satellites dans le monde, vous devriez toujours être en vue d'au moins quatre.

Le GPS a été le premier de ce qu'on appelle un système mondial de navigation par satellite, ou GNSS. Mais ce n'est pas le seul : le chinois Beidou, le russe Glonass et le européen Galileo servent tous des objectifs similaires. En 2018, la FCC a autorisé la réception des signaux Galileo aux États-Unis, ce qui signifie qu'ils pourraient servir de sauvegarde GPS, au moins dans une certaine mesure. Mais le GPS lui-même est le seul système sous contrôle américain.

Tous les satellites sont vulnérables aux menaces en orbite sur lesquelles nous avons peu de contrôle. Par example,les débris spatiaux pourraient endommager des satellites individuels, ou sévère tempêtes solaires pourrait court-circuiter les opérations de centaines ou plus.

Ils sont également vulnérables aux armes antisatellites et aux cyberintrusions d'adversaires potentiels qui savent à quel point notre économie et notre armée dépendent des satellites. Plus vous éliminez ou confondez de satellites, pire nous sommes.

Une fusée SpaceX Falcon 9 décolle le 17 juin 2021, emportant le cinquième satellite GPS III en orbite pour l'US Space Force.

Le général John Raymond, chef de l'US Space Force, a déclaré au sous-comité de la défense de la commission des crédits de la Chambre en mai qu'il faut s'inquiéter.

'La Chine et la Russie développent des capacités pour nous refuser l'accès à l'espace', a déclaré Raymond. « Il y a une menace active dans le domaine. »

Mais les dangers les plus immédiats sont plus terre à terre : brouillage (diffusion d'un signal plus fort que le faible venant de l'espace) et usurpation (diffusion d'un signal qui ressemble à un GPS et alimentation de fausses informations). C'est bon marché et facile de s'en sortir. Les Russes ont brouillé ou falsifié les signaux GPS dans Scandinavie , Ukraine et Syrie . La Corée du Nord les a ciblés dans Corée du Sud . Et puis il y a ces interruptions de vol aux États-Unis, qui peuvent, ironiquement, résulter des efforts de l'armée américaine pour trouver un moyen de résoudre ce problème.

'La menace qui nous préoccupe le plus avec le GPS est le brouillage', a déclaré Raymond.

La loi demandant une sauvegarde GPS

Il y a quelques années, le Loi nationale sur la résilience et la sécurité en matière de synchronisation a demandé au secrétaire aux transports d'établir un système de chronométrage terrestre qui pourrait servir de sauvegarde pour le GPS d'ici deux ans. Cette date limite est arrivée et est passée à la fin de 2020, mais en janvier de cette année, le département des transports a fait rapport au Congrès sur le ' feuille de route pour la mise en œuvre ' il a suivi vers cet objectif.

Un compagnon Rapport DOT a détaillé une variété de technologies qui pourraient fournir un « service complémentaire en cas de perturbations du GPS ». Certaines technologies disponibles dans le commerce, a-t-il déclaré, pourraient en partie imiter les services de synchronisation GPS. Mais l'agence a déclaré qu'aucun ne serait en mesure de servir de sauvegarde universelle pour les capacités de positionnement et de navigation.

Sur les 11 technologies évaluées par le département des transports, une a fait mouche dans tous les cas d'utilisation : un système de balise métropolitaine fabriqué par NextNav, basé à Sunnyvale, en Californie. Les balises - des émetteurs qui envoient les signaux radio - sont installées sur terre plutôt que dans l'espace et sont regroupées dans des zones urbaines (d'où « métropolitaines »).

Pour NextNav, l'application du monde réel est son service TerraPoint en plein essor, qui donne un aperçu de la façon dont les capacités de type GPS sont possibles à partir de quelque chose qui n'est pas GPS.

TerraPoint les balises, installées sur les tours de téléphonie cellulaire et les toits des bâtiments, ont à peu près la taille d'un réfrigérateur de dortoir, sont dotées d'une antenne omnidirectionnelle et d'une alimentation de 110 volts, et elles sont espacées d'environ huit à 10 kilomètres (contre 12 000 milles portée pour le GPS). Cela donne un signal beaucoup plus robuste. Le PDG Ganesh Pattabiraman estime qu'ils sont 'environ 100 000 fois plus puissants que le GPS'.

Le service commercial vers lequel NextNav travaille serait indépendant du GPS mais fonctionnerait exactement comme lui, fournissant des données complètes de position, de navigation et de synchronisation, selon Pattabiraman. Chacun de ses émetteurs possède une horloge atomique et envoie un signal de synchronisation basse fréquence précis aux récepteurs équipés de puces de sociétés telles que Broadcom et GCT Semiconductor qui prennent en charge le GPS, Galileo, Glonass et autres GNSS. Le service est conçu pour fonctionner avec des appareils du marché de masse tels que les téléphones portables, les voitures et les drones au fur et à mesure que le réseau se développe.

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Voici un aperçu de l'intérieur de l'un des émetteurs TerraPoint de NextNav.

'Cela ressemble à un autre signal GPS', a déclaré Pattabiraman. Pour le récepteur, 'c'est juste une autre constellation, sauf qu'elle est terrestre'.

TerraPoint est déployé à grande échelle uniquement dans la région de la baie de San Francisco, oùLes entreprises eVTOL comme Joby Aviationfont des tests avec elle pour les opérations de navigation urbaine, de décollage et d'atterrissage. Il a également une présence plus limitée dans un certain nombre d'autres domaines. La NASA, par exemple, a déployé un réseau TerraPoint à Langley, en Virginie, pour les opérations de drones urbains. NextNav s'attend à ce qu'un acquisition annoncé en juin, et fait avec une offre publique à l'esprit, lui donnera un financement pour se développer.

La clé pour généraliser toute alternative GPS est de la rendre aussi facile à utiliser que le GPS. Des alternatives comme le maintenant défunt Loran système de radionavigation nécessitait des récepteurs séparés et encombrants, et le gouvernement américain y a mis fin il y a dix ans. Certaines entreprises travaillent sur des services utilisant ce qu'on appelle le Loran amélioré, alias eLoran , mais il n'est pas encore devenu plus qu'une application de niche aux États-Unis.

'Ce qui est bien avec NextNav, et des choses comme NextNav', a déclaré Rand's Mason, 'c'est qu'(éventuellement) ce serait juste dans tous les smartphones, et donc vous l'utilisez, que vous le sachiez ou non.'

Cela ne veut pas dire qu'une sauvegarde GPS doit être terrestre. Des entreprises comme Satellite , qui a également participé aux démonstrations du département des transports, utilise la constellation Iridium de satellites en orbite terrestre basse à une altitude de seulement 480 miles (780 km). Il fournit déjà des services de synchronisation et de localisation, déployés en tant que sauvegarde du GPS pour les clients, y compris les réseaux financiers et les services publics d'énergie.

Une startup appelée Systèmes d'espace de pièce conçoit son propre système PNT en orbite basse. En mai, la Defense Advanced Research Projects Agency, ou DARPA, décerné Northrop Grumman un contrat pour démontrer comment les satellites en orbite basse fourniraient des signaux PNT. Les chercheurs étudient si les satellites Starlink de SpaceX, construits pour transmettre à large bande de l'orbite à la Terre, pourraient être mis en service en tant que ressource PNT.

Certaines de ces options ne sont encore que sur papier. Mais même ceux qui fonctionnent n'ont pas l'échelle du GPS établi de longue date.

Pendant ce temps, le GPS lui-même reçoit un coup de pouce. Le satellite qui est monté en juin est le cinquième d'une nouvelle série connue sous le nom de GPS III, qui est conçu pour être jusqu'à trois fois plus précis et avoir jusqu'à huit fois la capacité anti-brouillage. Pour les militaires en particulier, cela aide à activer le signal M-Code crypté qui résiste au brouillage et à l'usurpation d'identité.

Huit fois un signal faible, cependant, n'est toujours pas un signal qui correspond vraiment aux brouilleurs puissants et aux usurpateurs opérant à proximité.

Le rôle du gouvernement

Ce qui rend le GPS si attrayant pour tant d'applications, c'est qu'il existe déjà. C'est essentiellement universel. C'est bon marché et facile à utiliser. Cela rend également difficile de susciter l'enthousiasme pour dépenser du temps et de l'argent pour proposer quelque chose qui fait ce qu'il fait, aussi largement qu'il le fait.

De plus, ces sauvegardes partielles s'ajoutent à… quelque chose.

La grande question est de savoir de combien le gouvernement américain a besoin ou veut se pencher sur la création d'une sauvegarde importante pour le GPS.

Rand recommande la retenue, bien qu'il reconnaisse qu'il existe certaines initiatives fédérales potentielles qui pourraient être rentables, notamment une sauvegarde de synchronisation uniquement ou des efforts d'application de la loi axés sur le brouillage GPS.

'Il n'y a pas d'argument convaincant pour que le gouvernement fasse beaucoup plus que ce qu'il fait ou (to do) un nouveau grand système de sauvegarde', a déclaré Mason. « Il y a aussi la question : « quelqu'un va-t-il l'utiliser ? »

Ce n'est pas suffisant pour Goward, de la Resilient Navigation and Timing Foundation. Il considère que la Chine a largement dépassé les États-Unis dans l'établissement d'une approche sophistiquée et globale du PNT qui comprend trois types de satellites à différentes altitudes, ainsi que des capacités eLoran et PNT dans le système de télécommunications pour l'indépendance de l'espace.

Il souhaite que les législateurs agissent rapidement.

Une chose que le Congrès devra prendre en considération : le budget proposé fin mai pour l'exercice 2022, qui commence en octobre, comprend une ligne appelant à l'abrogation de la loi nationale sur la résilience et la sécurité du timing – une reconnaissance tacite que nous ne sommes pas susceptibles de voir cette sauvegarde GPS mandatée par la loi de sitôt. (Il comprend également 10 millions de dollars pour la recherche sur les systèmes de sauvegarde et complémentaires.)

Goward estime que les États-Unis pourraient ne dépenser que 50 à 75 millions de dollars par an pour un système de chronométrage auquel tout le monde dans le pays pourrait accéder. Il appelle cela de la 'poussière budgétaire' par rapport à ce que nous dépensons déjà en GPS.

'La prochaine étape', dit-il, 'est que le Congrès décide ce qu'il veut faire.'

En attendant, le brouillage continue et les pilotes comme ceux de ce Cessna à l'extérieur de Sun Valley devront faire attention à ce que leur dit leur appareil GPS.