無人機信息安全淺析

應暉 吳哲翔

摘要：無人機作為時下最火的科技“寵兒”之一，應用越來越廣泛，無人機技術發展速度也越來越快，市場需求也越來越大[1]。無論是在軍用或是民用市場中無人機都有著豐富的應用場景，但其面臨的安全問題愈發嚴峻。本篇將主要討論針對無人機的通信安全中常見的攻擊方面和手段，以及相關攻擊技術的實現原理，并提出了對應防護措施。

關鍵詞：無人機；無人機安全；欺騙；壓制干擾，信息泄露；信息安全

一、無人機安全現狀

無人機是一種由自身程序控制為主或由無線電遙控的不載人飛機[2]。目前無人機應用涉及國計民生的諸多領域，如：用于監視交通情況、沿著輸電線路進行自動巡檢、確權問題等等。但是，目前國內無人機技術尚處于初級階段，僅在某些場景和領域發展較好，在很多工業領域的應用均尚在探索階段，還未形成具有一定規模的市場。本身技術尚不成熟，更何況其安全性問題。此外，產品的智能屬性越高，其組件構造越復雜，自身攜帶的安全隱患也越大。

由圖表1可知：我國工業無人機絕大部分用于各項國家建設，主要由政府調控。與個人隱私泄露和財產損失等不安全問題相比，倘若這樣的安全問題出現在國家層面，則問題的嚴重性就會被放大數百萬倍，對國家安全造成極大威脅。因此，無論是無人機的飛行安全，還是無人機采集的數據安全等都是亟待關注和解決的問題。

二、無人機的安全風險

（一）信息泄露

無人機的網頁界面或APP可以記錄飛行的軌跡，亦可實時地將拍到的錄像緩存到手機等移動終端設備上。在工程模式下可以提供飛機最后的精確 GPS 位置信息，這些數據可能被上傳到廠商的云服務器上，旨在如若飛機失控后，方便機主找回無人機。但如果這些服務器或應用存在漏洞，無人機的飛行信息就有泄密的風險。

（二）圖像傳輸和處理系統定向控制

無人機通過圖傳頻道向手機傳送視頻，如果該信道有沒采取加密傳輸或其他保護措施，攻擊者能夠通過竊聽信道從而獲得無人機發回的視頻。“就像甲沖乙喊話，站在一旁的丙是可以聽到甲所說的內容”，而這種攻擊方式是一種被動化的攻擊方式。當然攻擊者也可向目標無人機發送虛假視頻，從而實現對于無人機的主動攻擊。另外，如若無人機的設計本身存在缺陷或漏洞，攻擊者就可能通過網絡入侵圖傳控制系統，從而可以操控攝像頭和無人機上的數據。在2013年Sammy發布了一個可以用一架無人機去控制別人無人機的軟件SkyJack，可以運行在另一架無人機或其他Linux系統的操作平臺上，在WIFI通信的范圍內，該軟件利用工作在監控模式下的網卡嗅探并斷開目標無人機的通信鏈接，連接目標無人機，從而獲得目標的控制權[3]。

（三）定向控制控制系統

GPS是一個極其重要的傳感器，它為無人機提供準確的位置信息。GPS欺騙從信號的產生方式上可以分為轉發欺騙和生成欺騙。轉發欺騙實現難度低，但靈活性差[4]。而隨著軟件無線電技術的發展與成熟，使得GPS欺騙技術的難度大大降低[5]

（四）定向干擾

前兩種方法多采用欺騙式，而無人機的干擾攔截通常使用壓制式。通過直接向目標無人機發射各種干擾壓制信號，對其鏈路進行壓制，迫使無人機失去正常工作能力，達到讓它直接墜落、自動返航、自動下降或空中懸停或飛到其他地方的目的。具體攻擊效果，視飛機自身程序設定，這種方式也是目前對無人機用到最多的攻擊方式，主要用于應對保護區可能出現的“黑飛”情況，對在保護地點的無人機進行驅離，保護禁飛區的正常運行的安全。

三、無人機攻擊原理

（一）信息泄露

Web端、APP端或者固件中的安全處理機制沒有或健壯性差，可以被黑客攻擊，導致信息泄露。如APP加固弱或未加固，導致源碼泄露，身份認證或加密機制脆弱等；Web接口或平臺存在過濾或校驗不嚴謹，存在未授權訪問和與操作等其他常見Web漏洞。固件存在溢出或任意命令執行等漏洞。或者制造商服務器存在系統漏洞等問題等，均可能導致信息泄露。

（二）圖像傳輸和處理系統定向控制

當圖傳信號傳輸在公開信道，在這個信道中任何人都是可以分享到該資源的。無人機圖傳中使用的多為5.8G，細分有幾十個頻道，只要和使用者在同一頻道，嗅探是可以做到的。對于加密弱的信道，將信號錄制下來，把射頻信號解調，變成數字信號，然后解密，再根據不同的信號壓縮標準解碼，最后就得到了視頻及音頻信號，把信號送給終端，仍然可能獲取到圖傳視頻。，

（三）控制系統定向控制

GPS干擾主要分為欺騙式干擾和壓制式干擾兩種方式。壓制式干擾有瞄準式、阻塞式兩種，在干擾作用時間上可以分為脈沖干擾和連續干擾。盡管壓制式干擾的技術難度較小，但所需干擾功率大。

如果攻擊者發射與GPS信號相似的干擾信號，這類干擾通常稱之為欺騙式干擾。攻擊者利用一個GPS信號的模擬器，向GPS的接收器發送一個虛假的或惡意構造的信號。因為真實衛星傳播距離長，信號勢必微弱。模擬信號強于真實信號，這時接收器就會接受到模擬器發出的虛假信號。這類欺騙式干擾功率小，干擾效果大大好于壓制式干擾。

（四）定向干擾

一般來說，一套完整的無人機系統通常具有表2所示的三類無線電鏈路

發射的干擾信號，常見的民用為三個頻段：1.5G為GPS定位信號頻段，2.4G為控制信號頻段，5.8G多為圖傳頻段，也存在5.8G的控制信號。

無人機鏈路壓制式干擾的原理，即通過產生與無人機正常通信信號同頻但信號強度較大的壓制式干擾信號，達到抑制無人機正常功能的目的。當圖中所示紅色區域的壓制式干擾信號強度大于無人機通信信號強度，并且其頻率范圍大于等于無人機通信信號頻率范圍時，即可實現有效的壓制式干擾，如圖2所示。

四、無人機信息安全防御措施

（一）信息泄露

對Web，APP，固件進行滲透測試與加固、以及代碼混淆等，對系統服務器進行漏洞掃描及修復，檢測各系統、應用、中間件的基線配置是否得當。并且利用算法對機密信息進行加密存儲。

（二）圖像傳輸和處理系統定向控制

目前常用的民用無人機圖傳頻道基本全為公開頻道。如果加密，可以在數據傳輸接口兩端進行加密。或者申請審批換用其他頻率的頻道。

（三）控制系統定向控制

防止GPS欺騙攻擊，主要有三種手段：

（1）信號失真檢測：當GPS信號正在被欺騙攻擊時，這種方法可以根據一個短暫可觀測的峰值信號來警告用戶。

（2）加密：可為使用者對空中的信號進行認證。但加密技術缺點是，所有加密方式都容易被專門的系統進行延遲傳輸、信號重放、信號攔截等攻擊，諸如此類的專門的工具稱為信號模擬干擾器Meaco。

（3）波達方向感應：簡單來說，就是如果GPS接收器附近的同一方向，產生了不同的信號，那么GPS欺騙攻擊可能正在進行。其主要技術點在于它需要幾個小時的脫機數據處理計算來檢測欺騙攻擊。

以上介紹的三種手段，單獨一種方法不可能實現完全防御。

（四）定向干擾

壓制式干擾，常用于信號屏蔽儀上。防范困難較大。在飛行過程中無人機與遙控器距離會逐漸拉遠，信號再好，如果存在發射出更強的壓制信號，無人機自身和遙控器之間的通信信號還是會被屏蔽掉。人們為了防止無人機“黑飛”而使用信號屏蔽儀，也是為了防止無人機給外界帶來的危險出現。

五、結語

本篇主要討論了針對無人機的信息安全中常見的攻擊面和攻擊手段，如：信息泄露、圖像傳輸和處理系統的定向控制，定向控制控制系統、定向干擾等，以及相關攻擊技術的實現原理，并提出了相對應的防護措施。今天，無人機技術高速發展、廣泛應用于各領域、行業，無人機的通訊安全與國計民生休戚相關，也應當引起更多使用者、研究者對于無人機通訊安全的關注與探索。

參考文獻：

[1] 連乾鈞；鄭向陽；蘭賜映. 光伏電站用無人機發展現狀及認證解析[J/OL]. 質量與認證，2018：06

[2] 李磊. 無人機技術現狀與發展趨勢[J]. 硅谷， 2011（1）：46-46.

[3] Crook J.Infamous Hacker Creates SkyJack To Hunt， Hack， And Control Other Drones Internet：http：//techcrunch.com/2013/12/04/infamoushacker-creates-skyjack-to-hunt-hack-and-control-other-drones/.

[4] 何道敬，杜曉，喬銀榮，朱耀康，樊強，羅旺.無人機信息安全研究綜述[J/OL].計算機學報，2017：1-21[2019-01-28].

[5] Huang L， Yang， Q. GPS spoofing： low-cost GPS simulator/Proceedings of the DEF CON Communications 23. Las Vegas，USA，2015.

（作者單位：國網浙江永康市供電有限公司）

作者簡介：

應暉 ，性別：男 籍貫：浙江永康 民族：漢 學歷：本科 研究方向：電氣工程 ；身份證號：330722197407214719。

吳哲翔 ，性別：男 籍貫：浙江東陽 民族：漢 學歷：本科 研究方向：計算機科學與技術；身份證號：330724199107090015。