Solutions for spoofing and jamming attacks

Abstract

Häirintä ja huijaushyökkäykset ovat kasvava uhka laitteissa, jotka käyttävät maailmanlaajuista satelliittiverkkoa. Tässä työssä tutustutaan tarkemmin siihen, millaisia hyökkäykset useimmiten ovat ja miten niiltä kannattaa puolustautua. Työssä implementoidaan myös yksi puolustuskeino. Huijaushyökkäyksien idea on vääristää sijainti- tai aikatietoja, jotka ovat elintärkeitä monilla eri aloilla.

Tämän insinöörityön idea oli tehdä AGC- ja SNR-arvoihin perustuva monitorointiominaisuus sekä testata sen toimivuus. Ohjelmisto tehtiin Oscilloquartzin 5401- ja 5405-laitteisiin. AGC on ohjausjärjestelmä, jota käytetään vastaanotettujen signaalien stabilointiin, ja SNR kertoo hyödyllisen signaalin tehon verrattuna turhaan kohinaan.

Tämän työn tavoite oli luoda ohjelmisto-ominaisuus huijaushyökkäyksien tunnistusta varten, joka seuraa ja vertaa AGC- ja SNR-arvoja. Tavoitteena oli myös testata, kuinka hyvin ominaisuus onnistuu tunnistamaan huijaushyökkäyksiä. Monta mittausta tehtiin, jotta saatiin hyvä käsitys, miten arvot vaihtelevat normaaleissa tilanteissa ja simuloiduissa huijaushyökkäyksissä. Huijaushyökkäyksiä simuloitiin GNSS-simulaattorin avulla. Ohjelmisto monitoroi ja laskee keskiarvoja AGC- ja SNR-arvoille sekä asettaa hälytyksen, jos asetetut raja-arvot ylittyvät. Ominaisuus tehtiin C-ohjelmointikielellä.

Työn lopputuloksena on toimiva ominaisuus, joka tunnisti huijaushyökkäyksiä melko hyvin. Monitorointiohjelma toimi huomattavasti paremmin kuin vastaanottimen omat huijaus- ja häirintäindikaattorit. Tämä ohjelma toimii melko hyvin huijausyritysten tunnistuksessa, mutta siinäkin on puutteensa eikä sitä kannata käyttää ainoana puolustuksena huijaushyökkäyksiä vastaan. Parhaan suojan saa, kun yhdistelee monia eri puolustuskeinoja. Työtä pystyy myös jatkamaan tulevaisuudessa lisäämällä muitakin arvoja monitoroitavaksi, mikä voi parantaa luotettavuutta. Testaaminen paremmilla laitteilla saattaa myös auttaa asettamaan raja-arvoja tarkemmin.

In the GNSS (Global Network Satellite System) world, jamming and spoofing attacks are an increasing threat. In the thesis we go through several ways of defending against such attacks. One defence method against these attacks is also implemented in this study. Spoofing attacks are used to distort location and timing information, which are essential in many industries.

The idea of the thesis was to create an AGC (Automatic Gain Controller) and SNR (Signal to Noise Ratio) monitoring software feature and also to test the effectiveness of this software in detecting spoofing. The software was made for 5401 and 5405 devices from Oscilloquartz. The AGC is a control system, which is used to stabilize incoming signals and the SNR value tells the power of the useful signal compared to the noise.

The goal of this work was to create a software feature for spoofing detection that follows and compares the AGC and SNR values. Many in-house measurements were done to see how the values fluctuate under normal circumstances and under a simulated spoofing situation. The measurements were carried out to understand the AGC and SNR values’ reactions and differences between normal conditions and while being spoofed. The spoofing situation was created by using a GNSS simulator. The software feature monitors and calculates averages of the values and sets an alarm when set threshold values are exceeded. The feature was written in C programming language.

In the end a working feature was created, which detected spoofing quite well and worked much better than the spoofing and jamming indicators from the receiver. This feature is a good way to detect spoofing, but it does have its flaws and should not be used as a lone defense against spoofing. In the future this feature could be expanded to monitor other values from the receiver as well to improve functionality and it can be tested with better equipment to calibrate the threshold values more accurately.