GPS đang dần trở nên yếu thế trước các kỹ thuật vô hiệu hóa tín hiệu thế nào.

Hình: Hackaday

Dù là phương thức dẫn đường phổ biến nhất, GPS đang dần trở nên yếu thế trước các kỹ thuật vô hiệu hóa tín hiệu. Từ vị thế một chuẩn mực công nghệ, hệ thống này hiện là mục tiêu tấn công trực tiếp trong các cuộc xung đột, gây ra những hệ lụy lan rộng khỏi phạm vi chiến sự.

Vào một ngày trong tháng Ba, Michelle Wiese Bockmann, chuyên gia phân tách tình báo hàng hải tại Windward, không khỏi kinh ngạc khi kiểm tra dữ liệu vị trí trực tiếp từ các tàu thương mại tại vùng biển ngoài khơi Ba Tư, Các Tiểu Vương Quốc Ả Rập Thống Nhứt và Ca Tháp Nhĩ (Qatar). Tại Eo biển Hormuz, bà đếm được 35 “vòng tròn” các biểu tượng tàu thuyền nằm chồng chất lên nhau, thậm chí có những con tàu hiển thị như đang lơ lửng trên cạn.

Tất nhiên, làm gì có chuyện tàu thuyền quần hội kỳ quái như vậy. Sự thật là tọa độ GPS của các con tàu đã bị can thiệp. Những gì hệ thống ghi nhận được chỉ là dữ liệu giả mạo. Đây là minh chứng rõ nét nhất cho một xu hướng đáng báo động: sự bùng phát của nạn gây nhiễu (jamming) và đánh lừa (spoofing) tín hiệu GPS.

Gây nhiễu và đánh lừa tín hiệu

Tín hiệu GPS được phát từ các vệ tinh cách Trái đất 20.000 cây số với công suất khoảng 50 watt. Khi chạm đến mặt đất, cường độ tín hiệu này trở nên rất yếu, khiến hệ thống dễ bị can thiệp. Theo The Washington Post, một thiết bị gây nhiễu chạy bằng pin, giá rẻ trên các trang thương mại điện tử cũng có thể làm tê liệt khả năng định vị của cả một khu vực.

Có hai kỹ thuật can thiệp chính: gây nhiễu (jamming) và đánh lừa (spoofing). Gây nhiễu là dùng tín hiệu mạnh để lấn át tín hiệu từ vệ tinh. Jim Stroup, phụ trách dòng sản phẩm định vị AQNav tại SandboxAQ, ví hiện tượng này với việc bị rọi đèn pin trực tiếp vào mắt khi đang cố quan sát một vật thể ở xa.

Với spoofing, thay vì chặn tín hiệu, kẻ tấn công phát đi dữ liệu giả mạo khiến thiết bị thu cho kết quả tính toán tọa độ sai. Theo Stroup, spoofing nguy hiểm hơn vì hệ thống không phát cảnh báo lỗi. Thiết bị vẫn hiển thị trạng thái hoạt động bình thường nhưng dần trôi khỏi lộ trình thực tế. Kết quả là một chiếc phi cơ không người lái hoặc phi cơ có phi công có thể bị đẩy lệch sang vị trí khác mà phi công không hề hay biết.

Stroup nêu tình huống: một phi cơ không người lái bị giả mạo tín hiệu ngay tại nơi nó đang vận hành, dẫn đến việc vô tình bay qua biên giới và có nguy cơ châm ngòi cho các sự cố địa chánh trị.

Ảnh: Windward

Tấn công quân sự, hệ quả dân sự

Trong những năm gần đây, gây nhiễu GPS đã ảnh hưởng tới nhiều chuyến bay ở Âu châu, trong đó có cả phi cơ chở Chủ tịch Ủy ban Âu châu. Hiện tượng này cũng gần như diễn ra hằng ngày trong cuộc chiến ở Ô Khắc Lan (Ukraine). Và nay, khi xung đột bùng phát ở Trung Đông, tác chiến điện tử lại lan sang thêm nhiều khu vực khác.

Dù tàu thương mại không phải mục tiêu trực tiếp, tình trạng gây nhiễu điện tử vẫn làm gián đoạn hệ thống dẫn đường của hơn 1.100 tàu chở hàng hoạt động trong vùng biển ở Tiểu Các Vương Quốc Ả Rập Thống Nhứt, Qatar, A Man (Oman) và Ba Tư vào ngày 28-2, theo một báo cáo của Windward, công ty theo dõi hoạt động hàng hải bằng AI.

Tại vùng biển trong và quanh eo biển Hormuz, việc can thiệp vào tín hiệu GPS đang làm rối loạn Hệ thống nhận dạng tự động (AIS) của các con tàu. Michelle Wiese Bockmann nói đây không phải lần đầu bà chứng kiến hiện tượng dữ liệu vị trí của tàu thuyền “nhảy múa” vô tội vạ. 

Điều tương tự từng xảy ra tại khu vực này năm ngoái, trong cuộc chiến kéo dài 12 ngày giữa Do Thái và Ba Tư; nhiễu điện tử cũng từng gây khó khăn cho tàu thuyền hoạt động ở Biển Baltic (Baltic Sea: Ba-La-Nhĩ Hải). 

Tuy nhiên, bà cho rằng mức độ phá hoại bằng GPS lần này “đã lên một cấp độ hoàn toàn khác”. Bockmann nói với BBC: “Không thể đánh giá thấp mức độ nguy hiểm mà tình trạng này gây ra đối với an toàn hàng hải”.

AIS là một trong những hệ thống giúp tàu thuyền tránh đụng nhau trên biển. Một tàu chở dầu dài khoảng 300 mét, mang theo hàng trăm ngàn tấn dầu, cần rất nhiều thời gian để rẽ hướng hoặc dừng lại. 

Trong khoảng thời gian đó, con tàu có thể đã trôi thêm vài hải lý trước khi thực sự đổi được hải trình. Nếu không xác định chắc vị trí của các tàu xung quanh, rủi ro đụng tàu sẽ tăng lên, đặc biệt vào ban đêm hoặc khi tầm nhìn kém.

Alan Woodward, giáo sư khoa học máy tính tại Đại học Surrey (Anh Quốc) nói: “Đó mới là vấn đề: không phải là bạn không biết mình đang đi đâu, mà là không biết những con tàu khác đang đi đâu”.

Khi xung đột giữa Ba Tư và Mỹ – Do Thái bùng phát gần đây, Wired ghi nhận người dùng các ứng dụng giao hàng và dẫn đường tại các quốc gia vùng Vịnh (GCC) rơi vào cảnh dở khóc dở cười: tài xế bỗng nhiên được hiển thị đang ở giữa biển khơi, hay quãng đường 10 phút về nhà bỗng chốc vọt lên thành 30 phút trên màn hình.

Điều đáng lo ngại hơn cả là hệ lụy của các cuộc tấn công GPS không chỉ dừng lại ở những tấm bản đồ trên điện thoại. Từ hệ thống y tế, lưới điện cho đến các nhà máy điện nguyên tử đều đang dựa vào GPS để đồng bộ thời gian với độ chính xác tuyệt đối, bảo đảm mọi hoạt động vận hành trơn tru. 

Wired cảnh báo: “Nếu GPS bị gián đoạn trên diện rộng hoặc trong thời gian dài, hậu quả không chỉ đơn thuần là vài chuyến xe công nghệ đi lạc. Nó có thể khiến toàn bộ các chuyến bay phải nằm đất, lưới điện rơi vào tình trạng quá tải, và tại các nhà thương/bịnh viện, đồng hồ cùng các hệ thống an toàn sẽ đột ngột mất đi sự đồng bộ sống còn”.

Ảnh: Windward

Bên cạnh hệ thống phổ biến nhất là GPS của Mỹ, thế giới hiện còn có các mạng lưới định vị vệ tinh khác như Galileo (của Âu châu), BeiDou/Bắc Đẩu (của Trung Hoa) hay GLONASS (của Nga). Các hệ thống này được gọi chung là GNSS (Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu). 

Về nguyên tắc, tất cả đều có chung yếu điểm: tín hiệu vệ tinh vô cùng yếu khi truyền xuống Trái đất. 

Đặc biệt, các tín hiệu phục vụ mục đích dân sự vốn được thiết kế theo dạng mở và thiếu các phương thức bảo mật nghiêm ngặt, khiến chúng trở thành mồi ngon cho các kỹ thuật gây nhiễu hay giả mạo tín hiệu.

GPS chưa thể “nghỉ hưu”

Được Mỹ phát triển từ đầu thập niên 1970 trong bối cảnh chạy đua không gian, hệ thống GPS đang bộc lộ những dấu hiệu lạc hậu. Hiện nay, nhiều công ty/tổ chức vận hành tài chính, viễn thông, hàng không thương mại và các dịch vụ thiết yếu khác đang tìm kiếm các giải pháp thay thế.

Ramsey Faragher, Giám đốc Hội Định vị Hoàng gia Anh, nói trên CNN rằng, “GNSS là một thành tựu của thế giới hiện đại, cho phép xác định vị trí với sai số khoảng một mét và thời gian chính xác đến cấp độ nano giây chỉ trong vài giây. Tuy nhiên, kỷ nguyên của những tín hiệu không bị can thiệp đã kết thúc. Chúng ta cần thích nghi với thực tế mới”.

Ngoài hệ thống GPS và các hệ thống tương tự, giới chuyên môn đang tập trung vào nhóm công nghệ alt-PNT (định vị, dẫn đường và thời gian thay thế). Dù vậy, Jim Stroup cho biết không phải giải pháp alt-PNT nào cũng đáp ứng được cả ba chức năng này; một số chỉ tập trung vào định vị, số khác chỉ phục vụ đồng bộ thời gian.

Các cuộc xung đột tại Trung Đông hiện được coi là bài kiểm tra trong thực tế lớn nhất đối với sức chống chịu của hệ thống định vị và giám sát hàng hải, trong bối cảnh tín hiệu vệ tinh dần thiếu tin cậy

Theo Faragher, có những giải pháp kỹ thuật để giảm rủi ro như nâng cấp thiết bị thu có tính năng chống giả mạo (anti-spoofing), mã khóa tín hiệu, hoặc lắp đặt ăng-ten chuyên dụng để giới hạn tác động của sự gây nhiễu. Tuy nhiên, việc cải thiện đồng bộ hệ thống đòi hỏi nguồn kinh phí lớn và lịch trình thời gian dài.

Bên cạnh đó, các công cụ định vị độc lập không phụ thuộc vào hệ thống GPS, bao gồm cả công nghệ tận dụng cảm biến lượng tử, đang được phát triển. Dù vậy, những phương pháp này vẫn cần thêm thời gian để đưa vào vận hành trong thực tế.

Mô hình hệ thống vệ tinh định hướng của BeiDou tại một triển lãm năm 2019. Ảnh: Reuters

Trong tương lai gần, GPS vẫn là hạ tầng chủ đạo gánh vác các hệ thống quan trọng trên toàn cầu. Trước trọng trách này, và vì lợi ích quốc gia, Hoa Kỳ đang nỗ lực cải thiện và tăng cường sức chống chịu cho hệ thống hiện tại, bao gồm việc đưa thêm vệ tinh vào các quỹ đạo mới và khai triển các tín hiệu có cường độ mạnh hơn. 

Lisa Dyer, Giám đốc điều hành Liên minh Đổi mới GPS, nói: “Duy trì vị thế của GPS như một tiêu chuẩn định vị quốc tế thực tế là mục tiêu quốc gia trọng yếu của Hoa Kỳ”.

Dyer cho biết hệ thống này có thể tích hợp tính năng xác thực để xác nhận tín hiệu chính chủ, tương tự các giao thức của Galileo và BeiDou. Song song đó, Lực lượng Không gian Hoa Kỳ gần đây đã tài trợ cho nhiều doanh nghiệp phát triển mạng lưới vệ tinh GPS ở quỹ đạo thấp và đẩy nhanh lịch trình phóng các hệ thống này lên không gian.

Tuy nhiên, giới chuyên gia nhận định bên cạnh sự quản lý của nhà nước, các tổ chức tư nhân cũng cần chủ động đầu tư cải thiện hệ thống bảo vệ của chính mình. Nói cách khác, các tổ chức tư nhân phải tự chi trả cho các phương pháp dự phòng.

Jeremy Bennington, Phó chủ tịch phụ trách đảm bảo PNT tại Spirent Communications, nói với Wired: “Nếu tình trạng gây nhiễu hoặc giả mạo hệ thống GPS xảy ra tại bất kỳ phi trường lớn nào như Heathrow, Frankfurt, Munich hay New York, chi phí thiệt hại do hủy chuyến và chậm trễ, chỉ trong vài giờ, sẽ lớn hơn cả kinh phí cải thiện toàn bộ nhóm phi cơ của họ”.

(Theo cuoituan.tuoitre.vn)