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Leichte Beute für Hacker: Navigationssysteme

22.01.2016

Autofahrer vertrauen dem GPS bei der Routenplanung fast blindlings, und auch in der Industrie und anderen Bereichen spielt es bei der Orts-und Zeitbestimmung eine wichtige Rolle. Greifen Hacker das System an, können sie großen Schaden anrichten. Der Einsatz mehrerer GPS-Empfangsgeräte gleichzeitig könnte für bestimmte Anwendungsbereiche die Lösung sein.

Täuschend echt wirkende Signale


© Zalewski, Agentur der RUB

Um seine Position mittels GPS bestimmen zu können, muss das eigene Empfangsgerät zu vier Satelliten Kontakt haben. Je weiter ein Satellit vom Empfangsgerät entfernt ist, desto mehr Zeit vergeht, bis das Signal bei diesem ankommt. Sind Sendezeitpunkt und Sendeort der vier empfangenen Signale bekannt, kann das Gerät seinen Aufenthaltsort berechnen.


© Zalewski, Agentur der RUB

Normale Situation: Zwei Empfangsgeräte an den Positionen L1 und L2 möchten ihre Position bestimmen. Dafür müssen sie von mindestens vier Satelliten Signale empfangen. Ihre berechneten Positionen unterscheiden sich voneinander.

Reale Angriffssituation: Der Angreifer sendet vier Satellitensignale, kombiniert in einem Signal, an die zwei Empfangsgeräte.

Angriffssituation aus Sicht der GPS-Empfänger: Die zwei Empfangsgeräte bestimmen jeweils ihre Positionen L'1 und L'2, die zur gleichen falschen Position zusammenfallen. Dies kann detektiert werden.

Will ein Angreifer das GPS manipulieren, kann er dafür einen Satellitensimulator nutzen. Dieser Apparat generiert täuschend echt wirkende Satellitensignale und verschickt sie an Empfangsgeräte wie das Autonavi.

„Angreifer können dem Empfangsgerät auf diese Weise suggerieren, es wäre an einem anderen Ort, als es tatsächlich ist“, erklärt Jun. Prof. Christina Pöpper, die die AG Informationssicherheit am Horst Görtz-Institut leitet und gemeinsam mit ihrem Doktoranden Kai Jansen an einer Lösung des Problems arbeitet. Auch die Industrie kann betroffen sein, denn hier wird GPS eingesetzt, um Maschinen zeitlich miteinander zu synchronisieren. Eine Manipulation kann schnell eine Produktion lahm legen.

Mehrere Empfangsgeräte statt nur einem

Der Lösungsansatz, an dem Christina Pöpper und Kai Jansen arbeiten, beruht auf der Überlegung, was passiert, wenn ein Fahrzeug oder eine Maschine nicht nur ein Empfangsgerät nutzt, sondern gleichzeitig mehrere, die einen gewissen Abstand voneinander haben. In dem Fall, dass sie echte Satellitensignale empfangen, unterscheiden sich die berechneten Positionsdaten der Empfangsgeräte leicht voneinander.

Sendet jedoch ein Angreifer die Signale mittels Simulator, so sehen diese für jedes einzelne Empfangsgerät täuschend echt sowie identisch aus. Nur durch den Abgleich der verschiedenen Empfänger miteinander lässt sich der Angriff detektieren, denn alle Empfangsgeräte glauben nun, an der gleichen falschen Position zu sein.

Grund dafür ist, dass die relativen Empfangszeiten mehrerer Signale, die über den Satellitensimulator versendet werden, für mehrere Empfangsgeräte identisch sind. Dies ist nicht der Fall beim Empfang legitimer Satellitensignale, da sie von verteilten Positionen in der Erdumlaufbahn versendet werden.

Zwei bis drei Meter zwischen den Empfangsgeräten

„Dass wir auf diese Weise Angriffe detektieren können, haben wir bereits gezeigt“, sagt Christina Pöpper. „Momentan arbeiten wir noch an Detailfragen. Zum Beispiel, wie groß der Abstand zwischen den Empfangsgeräten sein muss, damit sie auch beim Empfang echter Signale aufgrund nicht zu vermeidender Ungenauigkeiten nicht dieselbe Position für sich ermitteln würden.“

Nach heutigem Erkenntnisstand beträgt der minimale Abstand der Geräte zwei bis drei Meter. Liegen die Empfänger näher beieinander, steigt die Fehlerrate. „Das lässt sich an großen Fahrzeugen oder Maschinen wie LKW oder Schiffen gut realisieren, da man hier die Empfangsgeräte weit genug entfernt voneinander positionieren kann“, so Pöpper. „An einer Lösung für Handys oder andere räumlich begrenzte Geräte muss weiter gearbeitet werden.“

Beitrag mit Bildern in Rubin

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Jun.-Prof. Dr. Christina Pöpper, AG Informationssicherheit, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-27391
E-Mail: christina.poepper@rub.de

Weitere Informationen:

http://rubin.rub.de/

Raffaela Römer | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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