Como funciona a falsificação da navegação do drone?

Quando se fala em pirataria de um drone, a maioria das pessoas pensa em piratear o seu controlador. Mas, de acordo com a minha experiência, a verdadeira vulnerabilidade é mais profunda - nos sinais invisíveis que guiam o drone pelo céu. A falsificação desses sinais é uma das formas mais subtis e poderosas de redirecionar ou perturbar um drone sem nunca tocar no seu software.

Falsificação da navegação do drone funciona imitando sinais GPS reais e fornecendo dados falsos ao sistema de navegação do drone, fazendo com que este calcule mal a sua localização ou siga uma rota falsa.

Este ataque não bloqueia o drone. Não corta o sinal. Ele simplesmente diz ao drone, "Você está noutro lugar". E a maioria dos drones acredita nisso. Neste artigo, explicarei como o spoofing funciona, como os atacantes geram esses sinais enganosos, o que é necessário para lançar um ataque de spoofing - e como podemos nos defender contra ele.

O que é o GPS Spoofing e como é que interfere com a navegação dos drones?

A falsificação de GPS não é ficção científica - é um método real que engana os drones para que voem na direção errada, fornecendo-lhes dados de localização falsos. Estudei a forma como estes sistemas funcionam e vi a rapidez com que podem alterar o comportamento de voo.

Os dispositivos de spoofing transmitem dados falsos Sinais GPS com maior potência do que os sinais de satélite reais. Os drones fixam-se nestes sinais falsos e calculam a sua posição com base em dados falsos.

Aprofundar: Como é que os sinais GPS são falsificados

Os drones utilizam normalmente sinais GPS de satélites para determinar a sua posição. Estes satélites enviam informações precisas sobre o tempo e a posição a partir do espaço. Um drone recebe sinais de pelo menos quatro satélites e calcula a sua posição por triangulação. Mas os sinais reais são fracos - normalmente cerca de -130 dBm na altura em que chegam à Terra.

Os dispositivos de spoofing no solo geram sinais que imitam as mensagens de satélite, mas transportam dados falsos de localização e tempo. Como estes sinais estão mais próximos, chegam ao drone com mais força, fazendo com que o drone os "prefira".

O sinais falsificados são cuidadosamente criados para corresponder à frequência (normalmente L1: 1575,42 MHz), modulação (BPSK) e código pseudo-aleatório (C/A ou código P) dos sinais GPS reais. Quando um drone se fixa no sinal falso, começa a navegar com base em coordenadas, velocidades e registos de tempo falsos - essencialmente desviando-se da rota sem o saber.

Isto não causa apenas um erro de localização. Pode fazer com que o drone se despenhe, aterre numa zona de armadilha ou paire incessantemente no espaço aéreo errado - tudo isto enquanto pensa que está tudo normal.

Como é que os sinais falsificados podem induzir em erro a trajetória de voo ou o destino de um drone?

A falsificação não consiste apenas no envio de coordenadas falsas. É um jogo de tempo, escalonamento e manipulação subtil. Já vi como um atacante experiente pode alterar o comportamento de um drone de forma lenta e invisível, guiando-o passo a passo para o sítio errado.

Os sinais falsificados assumem gradualmente o controlo, primeiro imitando os dados reais do satélite e depois injectando valores de localização e velocidade alterados para enganar o drone.

Aprofundar: O processo de sequestro de sinal

Começa com sequestro de sinal. O dispositivo do atacante aumenta gradualmente a potência do sinal falsificado até o recetor do drone mudar dos dados reais do satélite para o sinal falso. Esta transição é subtil - muitas vezes despercebida pelos diagnósticos internos do drone.

Uma vez obtido o controlo, o atacante modifica os principais dados de navegação:

• Posição: Ao introduzir coordenadas incorrectas, o drone recalcula a sua posição e pode mudar de rota.
• Velocidade e altitude: Os valores falsificados aqui podem fazer com que o drone acelere ou desça com base em falsas suposições.
• Tempo: A falsificação de valores de hora GPS interfere com a sincronização, causando desvios de posicionamento.

Se o objetivo for redirecionar o drone, o atacante pode mudar lentamente as coordenadas até o drone se desviar da rota. Se o objetivo for aterrar o drone, as coordenadas falsas podem corresponder às condições de "aterragem segura" do drone e fazê-lo descer para um local específico.

O que o torna perigoso é o realismo. O drone recebe todas estas informações no mesmo formato que os dados reais do GPS. Não há qualquer bandeira vermelha - a menos que existam salvaguardas adicionais.

Que tecnologias são utilizadas para lançar ataques de falsificação de navegação em drones?

Trabalhei com engenheiros de guerra eletrónica que me mostraram como são construídos os dispositivos de falsificação. Alguns são sofisticados e de nível militar. Outros utilizam hardware de prateleira. Seja como for, o conceito é o mesmo: gerar falsificações credíveis.

Os ataques de spoofing utilizam geradores de sinais, SDR (Software Defined Radio), software de simulação de GPS e relógios de alta precisão para construir e transmitir sinais de satélite falsos.

Aprofundar: Componentes do sistema de falsificação

Os falsificadores funcionam de diferentes formas:

• Falsificação generativa: Este sistema cria sinais falsos a partir do zero, simulando constelações de satélites inteiras. Utiliza protocolos de sinal exactos (Modulação BPSK, frequência L1) e ajusta as coordenadas em tempo real.
• Reencaminhamento Spoofing: Este dispositivo capta sinais de satélites reais, atrasa-os ou modifica-os ligeiramente e depois retransmite-os. O atraso faz com que o drone calcule mal a sua posição, como se estivesse a ouvir um satélite diferente.
• Spoofing baseado em SDR: Utilizar Plataformas SDR como o HackRF ou o USRP, os atacantes geram sinais GPS personalizados através de software. Esses sinais incluem dados falsos de tempo, posição e velocidade. O SDR torna a falsificação flexível e portátil.

A criação de sinais de falsificação realistas requer mais do que apenas equipamento. É necessário sincronização espaço-temporal. Os dispositivos devem imitar o comportamento dos relógios dos satélites (utilizando rubídio ou relógios de cristal controlados por fornos), simular as órbitas dos satélites (com base nas leis de Kepler) e corresponder aos desvios Doppler causados pelo movimento dos drones.

Os sistemas avançados incluem:

• Conceção do gradiente de potência: Aumento lento da potência do sinal para evitar a deteção.
• Antenas de formação de feixes: Direcionar sinais falsificados para um drone alvo, minimizando as fugas.
• Falsificação de constelação múltipla: Falsificação simultânea de GPS, GLONASS e Beidou para drones que utilizam receptores multi-GNSS.
• Correspondência de trajectórias em tempo real: Utilização de filtros Kalman para simular o comportamento realista dos drones, evitando saltos bruscos de sinal que accionam os alarmes.

Em ambientes urbanos, os atacantes simulam propagação multipercurso modelando as reflexões do sinal nos edifícios - tornando o sinal falso mais credível.

Como é que os drones podem ser protegidos contra a falsificação e a manipulação de sinais?

A defesa começa com a consciencialização. Demasiados drones ainda dependem apenas do GPS, sem qualquer apoio ou controlo cruzado. Recomendo sempre a construção de resiliência - porque até o melhor drone é vulnerável se confiar no sinal errado.

Os drones podem defender-se contra a falsificação utilizando a navegação multi-sinal e verificações de consistência do sinal, GNSS encriptadoe sistemas de recurso como a navegação por inércia.

Mergulhar mais fundo: Construir defesas fortes

De um técnico ponto de vista:

1. Verificação multi-fonte: Os drones devem utilizar não só o GPS, mas também o Galileo, o Beidou ou o GLONASS, bem como sistemas inerciais. Se um conjunto de sinais apresentar uma anomalia, os outros funcionam como um controlo de sanidade.
2. Validação do sinal: Analise a força do sinal, as mudanças de frequência Doppler, os tempos de chegada e a geometria do satélite. Se vários satélites parecerem vir da mesma direção ou se os desvios Doppler não corresponderem ao movimento esperado, é um sinal de alerta.
3. Sinais encriptados: Embora o GNSS militar tenha canais encriptados, os sistemas civis podem ainda utilizar sinais semi-autenticados como OS-NMA de Galileu (Autenticação de mensagens de navegação do serviço aberto).
4. Recuo da navegação por inércia: Quando o GPS é perdido ou inconsistente, os drones devem confiar nas IMUs para manter o posicionamento a curto prazo.

De um gestão perspetiva:

• Cercas electrónicas pode impedir que os drones entrem em zonas sensíveis.
• Formação é essencial - os pilotos precisam de reconhecer sinais de falsificação, como mudanças súbitas de rumo ou deriva sem vento.
• Registo de voos deve captar dados de sinais GNSS, desvios Doppler e registos de data e hora. Isto ajuda na análise pós-voo e na aplicação da lei se houver suspeita de falsificação.

Em última análise, trata-se de redundância. Nenhuma solução única pode impedir completamente a falsificação, mas a combinação da deteção com a navegação de reserva dá aos drones uma hipótese de lutar.

Conclusão

Os ataques de spoofing não avariam os drones - induzem-nos em erro. É isso que os torna perigosos. Com o equipamento e os conhecimentos certos, um atacante pode assumir o controlo sem nunca tocar no drone. Mas, como já vi em implementações reais, com um design inteligente e defesas em camadas, os drones conseguem detetar as mentiras. Num mundo em que a navegação é tudo, a confiança nos sinais faz agora parte da sobrevivência dos drones.