O tych zagadnieniach rozmawiali eksperci podczas webinaru „Jamming i spoofing GNSS: niewidzialne zagrożenie dla energetyki i infrastruktury krytycznej”, zorganizowanego przez Elproma Electronics. W dyskusji uczestniczył prof. dr hab. inż. Mariusz Figurski, Zastępca Dyrektora ds. Naukowych Instytutu Łączności - Państwowego Instytutu Badawczego.
Czas - niewidzialny fundament współczesnej infrastruktury
Jednym z głównych tematów rozmowy była rosnąca zależność współczesnej energetyki od precyzyjnej synchronizacji czasu. Systemy GPS, Galileo, BeiDou czy GLONASS dostarczają bardzo dokładnych informacji czasowych, które przez lata stały się podstawą funkcjonowania wielu systemów technicznych.
Jak wyjaśniał prof. Mariusz Figurski, wynika to zarówno z dokładności systemów satelitarnych, jak i ich powszechnej dostępności. Odbiorniki mogą korzystać z sygnałów wielu satelitów jednocześnie, a uzyskany w ten sposób czas może służyć do synchronizacji bardzo dużej liczby urządzeń i systemów.
Znaczenie czasu wykracza jednak daleko poza samą energetykę.
Czas jest dziś pulsem gospodarki. Mówimy o energetyce, ale od poprawnej synchronizacji zależą również telekomunikacja, logistyka, systemy bankowe i wiele innych obszarów. Dlatego musimy patrzeć na ten problem znacznie szerzej
- podkreślał prof. Figurski.
Jamming i spoofing - od zagłuszania sygnału do działań IŁ-PIB
Systemy nawigacji satelitarnej bazują na bardzo słabych sygnałach docierających na Ziemię z wysokości około 20 tys. kilometrów. To sprawia, że mogą być podatne na celowe zakłócenia.
Prof. Figurski wskazał dwa podstawowe rodzaje takich zagrożeń: jamming i spoofing. Jamming polega na zagłuszeniu właściwego sygnału GNSS mocniejszym sygnałem nadawanym na tej samej częstotliwości. W takiej sytuacji odbiornik traci dostęp do prawidłowej informacji. Spoofing jest bardziej zaawansowany - polega na podaniu odbiornikowi fałszywego sygnału, który może wyglądać jak prawidłowy.
Profesor posłużył się obrazowym przykładem znaków drogowych.
Jamming można porównać do sytuacji, w której ktoś usuwa drogowskazy, a kierowca wie wtedy, że stracił orientację. Spoofing przypomina natomiast podmianę znaków: kierowca nadal jedzie zgodnie ze wskazaniami, ale nie zdaje sobie sprawy, że prowadzą go one w niewłaściwym kierunku.
Problem nie dotyczy przy tym wyłącznie pozycji. Ponieważ działanie systemów GNSS opiera się na bardzo dokładnym pomiarze czasu, manipulacja sygnałem może prowadzić również do przekazywania nieprawidłowych informacji czasowych.
W trakcie webinaru prof. Figurski mówił również o badaniach prowadzonych przez Instytut Łączności - PIB. Instytut analizuje występowanie zakłóceń sygnałów nawigacji satelitarnej, m.in. na północy Polski i w rejonie Morza Bałtyckiego. Jak wskazywał profesor, źródła takich interferencji mogą być różne, dlatego pierwszym krokiem musi być ich właściwa identyfikacja i określenie charakteru zakłócenia.
IŁ-PIB rozwija również rozwiązania pozwalające wykrywać spoofing. W Instytucie opracowano metody analizy widmowej sygnału umożliwiające identyfikację tego rodzaju zakłóceń. Zostały one wykorzystane w systemie RT-GMS, opracowanym wspólnie z Głównym Urzędem Geodezji i Kartografii. System wykorzystuje stacje referencyjne i pozwala obserwować występowanie zakłóceń przede wszystkim na obszarach północnej i wschodniej Polski.
Instytut uczestniczy także w międzynarodowym projekcie dotyczącym budowy alternatywnego systemu nawigacyjnego dla południowego Bałtyku. Jak mówił prof. Figurski, rozwiązanie ma bazować na naziemnych stacjach referencyjnych emitujących sygnały umożliwiające określanie pozycji również wtedy, gdy systemy satelitarne będą niedostępne lub zakłócane. Zakładana dokładność na poziomie kilkudziesięciu metrów ma być wystarczająca m.in. dla statków poruszających się po Morzu Bałtyckim.
Odporność systemu to nie tylko redundancja. Potrzebny jest plan B
Jednym z ważniejszych wątków poruszonych przez prof. Figurskiego była odporność infrastruktury synchronizacyjnej.
Samo zastosowanie kilku serwerów czasu nie oznacza, że system rzeczywiście posiada kilka niezależnych źródeł. Profesor przywołał przykład rozwiązania wykorzystującego trzy serwery NTP i PTP, które pozornie zapewniały redundancję. Po przeanalizowaniu architektury okazało się jednak, że wszystkie były synchronizowane z tej samej anteny nawigacji satelitarnej. W praktyce jedno zakłócenie mogło więc wpłynąć jednocześnie na wszystkie trzy serwery.
Zdaniem prof. Figurskiego potrzebne są rozproszone systemy synchronizacji czasu korzystające z niezależnych źródeł, w tym odpowiednich wzorców częstotliwości i czasu.
Profesor zaznaczył jednocześnie, że odpowiedzią na zagrożenia nie powinno być całkowite odchodzenie od systemów satelitarnych. GNSS pozostaje jednym z podstawowych narzędzi globalnej synchronizacji czasu. Kluczowe jest natomiast stworzenie rozwiązań umożliwiających wykrycie, że sygnał został zakłócony albo sfałszowany oraz odpowiednio szybkie przełączenie systemu na inne źródło.
Nie powinniśmy eliminować systemów satelitarnych z infrastruktury synchronizacyjnej. Musimy natomiast potrafić rozpoznać moment, w którym sygnał staje się niewiarygodny, i wiedzieć, kiedy przełączyć się na rozwiązanie alternatywne. Po prostu musimy mieć plan B
- tłumaczył prof. Figurski.
Równie ważne jest praktyczne testowanie odporności infrastruktury. Zdaniem profesora obecnie dużo mówi się o możliwych scenariuszach i sposobach przeciwdziałania zagrożeniom, jednak wciąż brakuje wystarczającej liczby ćwiczeń pokazujących, jak infrastruktura zachowa się w rzeczywistych warunkach kryzysowych.
Żeby przewidzieć, gdzie znajduje się ta czerwona linia, musimy to ćwiczyć. Dziś wiele scenariuszy rozpatrujemy teoretycznie, a potrzebujemy testów, które pokażą, czy nasze systemy, procedury i regulacje rzeczywiście zadziałają wtedy, kiedy pojawi się sytuacja kryzysowa
- wskazywał prof. Figurski.
Do tego wątku powrócił również podczas sesji pytań. Zapytany, jak można sprawdzić odporność własnej infrastruktury, odpowiedział jednoznacznie: „testować”. Zwrócił uwagę, że tworzenie coraz bardziej zaawansowanych technologicznie systemów bez symulowania sytuacji krytycznych może prowadzić do trudnych do przewidzenia konsekwencji.
Nauka, operatorzy i biznes - wspólna odpowiedź na nowe zagrożenia
W podsumowaniu dyskusji prof. Figurski zwrócił uwagę na znaczenie współpracy pomiędzy trzema środowiskami: operatorami infrastruktury, nauką i biznesem.
To operatorzy najlepiej znają problemy występujące w działających systemach, środowisko naukowe może opracowywać sposoby ich rozwiązania, natomiast biznes odpowiada za przełożenie tych rozwiązań na praktyczne wdrożenia. Profesor podkreślił przy tym, że IŁ-PIB koncentruje się na nauce stosowanej, a więc rozwiązaniach, które mogą znaleźć rzeczywiste zastosowanie poza laboratorium.
Przykładem takiego podejścia jest także współpraca Instytutu Łączności - PIB z Elpromą. Podczas webinaru prof. Figurski poinformował o podpisanej umowie o współpracy w zakresie rozwijania rozwiązań, które mają szybciej trafiać na rynek. Jednym z obszarów tych działań ma być również komponent związany z energetyką.
Webinar pokazał, że wraz z rozwojem inteligentnych sieci, OZE, magazynów energii, automatyki i coraz bardziej zaawansowanych systemów zarządzania energią wzrasta także znaczenie pewnego i odpornego źródła czasu.
Problemem nie musi być wyłącznie całkowita utrata sygnału GNSS. Potencjalnie bardziej niebezpieczna może być sytuacja, w której infrastruktura nadal działa, ale korzysta z błędnego lub zmanipulowanego wzorca czasu.
Dlatego odporność systemów powinna opierać się na kilku elementach jednocześnie: niezależnych źródłach synchronizacji, możliwości wykrywania jammingu i spoofingu, systemach alternatywnych oraz regularnym testowaniu procedur i infrastruktury.
Wraz z postępującą cyfryzacją energetyki precyzyjna synchronizacja przestaje być wyłącznie zagadnieniem technicznym. Coraz wyraźniej staje się jednym z elementów bezpieczeństwa infrastruktury krytycznej, a w szerszej perspektywie - bezpieczeństwa całej gospodarki.
