DE102017209594A1 - Method for detecting GNSS spoofing, vehicle-to-X communication device and use - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von GNSS-Spoofing umfassend die Schritte:
- Empfangen einer Fahrzeug-zu-X Nachricht mittels einer Fahrzeug-zu-X Kommunikationsvorrichtung,
- Empfangen eines GNSS-Signals mittels eines GNSS-Empfängers, gekennzeichnet durch,
- Vergleichen einer durch die Fahrzeug-zu-X Nachricht umfassten Positionsinformation mit einer durch das GNSS-Signal umfassten Positionsinformation und
Annahme eines manipulierten GNSS-Signals, wenn das Ergebnis des Vergleichs eine vorbestimmte Bedingung erfüllt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Fahrzeug-zu-X Kommunikationsvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens sowie die Verwendung der Vorrichtung in einem Fahrzeug.
The invention relates to a method for the detection of GNSS spoofing comprising the steps:
Receiving a vehicle-to-X message by means of a vehicle-to-X communication device,
Receiving a GNSS signal by means of a GNSS receiver, characterized by
Comparing a position information included by the vehicle-to-X message with a position information included by the GNSS signal, and
Assuming a manipulated GNSS signal if the result of the comparison satisfies a predetermined condition. Furthermore, the invention relates to a vehicle-to-X communication device for carrying out the method as well as the use of the device in a vehicle.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von GNSS-Spoofing sowie eine korrespondierende Fahrzeug-zu-X Kommunikationsvorrichtung sowie deren Verwendung.The present invention relates to a method for detecting GNSS spoofing and a corresponding vehicle-to-X communication device and their use.
Die Bestimmung der Position und Zeitinformation mittels eines globalen Satellitennavigationssystems (GNSS) ist bekannter Stand der Technik. Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, dass ein durch einen GNSS-Empfänger zu empfangendes GNSS-Signal mittels eines Pseudoliten in der Weise imitierbar bzw. manipulierbar ist, dass eine nicht korrekte Position und/oder Zeitangabe übertragen wird, sogenanntes GNSS-Spoofing. Insbesondere bei Verwendung von Fahrzeugsystemen, für die eine möglichste präzise Position bzw. Zeitinformation für eine möglichst fehlerfreie Funktion notwendig ist, können durch ein solches fehlerhaftes Signal erheblich eingeschränkt werden, wodurch ggf. sicherheitskritische Situation verursacht werden könnten, insbesondere wenn die imitierte Position bzw. Zeitangabe durch den Empfänger nicht erkannt werden.The determination of the position and time information by means of a global navigation satellite system (GNSS) is well-known in the art. A disadvantage of this prior art is that a GNSS signal to be received by a GNSS receiver can be imitated or manipulated by means of a pseudolite in such a way that an incorrect position and / or time is transmitted, so-called GNSS spoofing. In particular, when using vehicle systems for which a possible precise position or time information is necessary for the most error-free operation, can be significantly limited by such a faulty signal, which could possibly cause safety-critical situation, especially if the imitated position or time not recognized by the recipient.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem die oben genannten Probleme überwunden werden können.The object of the invention is to provide a method by means of which the above-mentioned problems can be overcome.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments can be taken, for example, the dependent claims. The content of the claims is made by express reference to the content of the description.
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Erkennung von GNSS-Spoofing umfassend die Schritte:
- - Empfangen einer Fahrzeug-zu-X Nachricht mittels einer Fahrzeug-zu-X Kommunikationsvorrichtung,
- - Empfangen eines GNSS-Signals mittels eines GNSS-Empfängers,
- - Vergleichen einer durch die Fahrzeug-zu-X Nachricht umfassten Positionsinformation und mit einer durch das GNSS-Signal umfassten Positionsinformation und
- - Annahme eines manipulierten GNSS-Signals, wenn das Ergebnis des Vergleichs eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
- Receiving a vehicle-to-X message by means of a vehicle-to-X communication device,
- Receiving a GNSS signal by means of a GNSS receiver,
- Comparing a position information included by the vehicle-to-X message and a position information included by the GNSS signal, and
- - Assuming a manipulated GNSS signal if the result of the comparison meets a predetermined condition.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass Spoofing unter Verwendung von Fahrzeug-zu-X Kommunikation im Vergleich zu individuellen Identifizierungsmaßnahmen in verbesserter Weise erkannt und geeignete Maßnahmen zur Vermeidung sicherheitskritischer Situationen ergriffen werden können. Grundsätzlich umfassen die mittels Fahrzeug-zu-X Kommunikation übermittelten Nachrichten eine Zeitinformation sowie eine Positionsangabe des Verkehrsteilnehmers und sind mit gültigen digitalen Zertifikaten signiert und stellen daher eine vertrauenswürdige Quelle dar. Eine empfangene Fahrzeug-zu-X Nachricht wenigstens eines weiteren Verkehrsteilnehmers, insbesondere eines Fahrzeugs, kann somit durch ein das Verfahren ausführendes Fahrzeug zur Plausibilisierung eines GNSS-Positionssignals und Erkennung eines GNSS-Spoofings herangezogen werden. Ein beispielhaftes Szenario, welches mittels der Erfindung in vorteilhafter Weise vermieden werden kann, ist das Aussenden fehlerhafter GNSS-Signale mit Zeitinformationen in der Zukunft. Wenn nun beispielsweise ein Fahrzeug unter Heranziehung dieser zukünftigen Zeitinformation lokal gespeicherte digitale Security Zertifikate prüft, werden die Zertifikate, welche zu dieser zukünftigen Zeit abgelaufen sind als ungültig erklärt. Bei einem Fahrzeug-zu-X Kommunikationssystem könnte das zur Folge haben, dass keine gültigen Zertifikate mehr vorliegen und die betreffenden Fahrzeug-zu-X Kommunikationsvorrichtungen der Verkehrsteilnehmer nicht mehr an der Kommunikation teilnehmen können.The invention is based on the idea that spoofing can be detected in an improved manner using vehicle-to-X communication in comparison to individual identification measures, and that suitable measures can be taken to avoid safety-critical situations. Basically, the messages transmitted by means of vehicle-to-X communication include time information and a position indication of the road user and are signed with valid digital certificates and therefore represent a trustworthy source. A received vehicle-to-X message of at least one other road user, in particular a vehicle , can thus be used by a process executing vehicle for plausibility of a GNSS position signal and detection of a GNSS spoofing. An exemplary scenario that can be advantageously avoided by the invention is to send erroneous GNSS signals with time information in the future. If, for example, a vehicle checks locally stored digital security certificates using this future time information, the certificates that expired at this future time are declared invalid. In the case of a vehicle-to-X communication system, this could mean that there are no longer any valid certificates and that the relevant vehicle-to-X communication devices of the road users can no longer participate in the communication.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird von einem manipulierten GNSS-Signal ausgegangen, wenn ein räumlicher Abstand einer anhand der Positionsinformation des GNSS-Signals ermittelten Position und einer anhand der Positionsinformation der Fahrzeug-zu-X Nachricht ermittelten Position einen Grenzwert unterschreitet. Mit anderen Worten wird ein GNSS-Spoofing unterstellt bzw. vermutet, wenn die Positionen zumindest zweier Verkehrsteilnehmer nicht plausibel nah beieinander sind.According to a particularly preferred embodiment, a manipulated GNSS signal is assumed if a spatial distance between a position determined on the basis of the position information of the GNSS signal and a position determined on the basis of the position information of the vehicle-to-X message falls below a limit value. In other words, a GNSS spoofing is assumed or suspected if the positions of at least two road users are not plausibly close to each other.
Dabei wird es als nicht plausibel angesehen, dass beispielsweise eine Mehrzahl Anzahl von Fahrzeugen sich in einem begrenzten räumlichen Bereich aufhält, welcher insbesondere kleiner als die Ausdehnung eines Fahrzeugs als solches ist.It is considered as not plausible that, for example, a plurality of vehicles stay in a limited spatial area, which is in particular smaller than the extent of a vehicle as such.
Vorzugsweise werden von dem GNSS-Empfänger bereitgestellte Informationen, insbesondere die Positionsinformation und/oder die Zeitinformation, nicht zur Positionsbestimmung und/oder Zeiterfassung herangezogen und/oder der GNSS-Empfänger abgeschaltet, wenn von einem manipulierten GNSS-Signal ausgegangen wird.Preferably, information provided by the GNSS receiver, in particular the position information and / or the time information, is not used for position determination and / or time detection and / or the GNSS receiver is switched off when a manipulated GNSS signal is assumed.
Bei dem Vergleich der Positionsinformation des GNSS-Signals mit der Positionsinformation der Fahrzeug-zu-X Nachricht werden zur Plausibilisierung bevorzugt außerdem Kartendaten herangezogen. Somit kann verhindert werden, dass durch einen Vergleich fehlerhaft auf ein Spoofing geschlossen wird, wenn die Verkehrsteilnehmer sich beispielsweise in verschiedenen Ebenen übereinander befinden.When comparing the position information of the GNSS signal with the position information of the vehicle-to-X message, map data are preferably also used for plausibility. Thus it can be prevented that concluded by a comparison faulty to a spoofing If, for example, the road users are on different levels one above the other.
Bei Möglichkeit erfolgt bevorzugt eine Zeiterfassung mittels einer alternativen Zeitinformationsquelle, wenn von einem manipulierten GNSS-Signal ausgegangen wird. Alternative Zeitinformationsquellen sind beispielsweise Mobilfunknetz oder DCF77. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei der alternativen Zeitinformationsquelle um eine vertrauenswürdige Zeitinformationsquelle. Bei der Wahl der alternativen Zeitinformationsquelle besteht grundsätzlich nicht die Notwendigkeit einer vergleichbaren Präzision im Vergleich zur Zeitinformation des GNSS-Signals, da üblicherweise lediglich das begrenzte betroffene GNSS-Spoofing Gebiet verlassen werden muss, um wieder das korrekte GNSS-Signal zu empfangen. Es muss häufig also lediglich eine begrenzte Zeitdauer überbrückt werden.If possible, time detection is preferably performed by means of an alternative time information source, if a manipulated GNSS signal is assumed. Alternative time information sources are for example mobile radio network or DCF77. Conveniently, the alternative time information source is a trusted time source of information. In principle, when selecting the alternative time information source there is no need for comparable precision compared to the time information of the GNSS signal, since usually only the limited affected GNSS spoofing area has to be left to receive the correct GNSS signal again. It often has to be bridged only a limited amount of time.
Alternativ oder in Ergänzung kann ein Vergleich der mittels des GNSS-Signals erhaltenen Positionsinformation mit weiteren Sensorinformationen und/oder von weiteren Sensorinformationen abgeleiteter Informationen, welche mit einer relativen oder absoluten Eigenposition korrelieren, erfolgen. Somit kann beispielsweise ein manipuliertes Positionssignal erkannt werden, wenn die Positionsinformation des GNSS-Signals im Vergleich zu einem mittels Beschleunigungs- und Drehratensensoren erfassten Bewegungsverlauf einen nicht plausiblen Positionssprung oder eine wachsende Divergenz aufweist.Alternatively or in addition, a comparison of the position information obtained by means of the GNSS signal with further sensor information and / or information derived from further sensor information, which correlate with a relative or absolute intrinsic position, take place. Thus, for example, a manipulated position signal can be detected if the position information of the GNSS signal has an implausible position jump or a growing divergence in comparison to a movement course detected by means of acceleration and rotation rate sensors.
Eine alternative mögliche Ursache für einen falschen Positionsverlauf können jedoch auch Multipfadeffekte des von einem Satelliten empfangenen GNSS-Signals sein. Häufig lassen sich diese jedoch von durch Spoofing erzeugte Signale unterscheiden. Auch wenn eine Unterscheidung zwischen Multipfad und Spoofing nicht möglich sein sollte, kann es für beide Fälle zweckmäßig sein, die empfangene GNSS-Positionsinformation und/oder Zeitinformation als nicht plausibel anzusehen und nicht für die weitere Verarbeitung heranzuziehen.However, an alternative possible cause for a wrong position history may also be multipath effects of the GNSS signal received from a satellite. Often, however, these can be distinguished from signals generated by spoofing. Even if a distinction between multipath and spoofing should not be possible, it may be expedient for both cases to regard the received GNSS position information and / or time information as implausible and not to use it for further processing.
Bevorzug erfolgt eine lokale Protokollierung eines erkannten Spoofing und/oder Mitteilung an weitere Verkehrsteilnehmer und/oder Mitteilung an eine zuständige Sicherheitseinrichtung. Eine zuständige Sicherheitseinrichtung ist beispielsweise die Polizei oder eine Verkehrsüberwachung.Favor is a local logging a detected spoofing and / or notification to other road users and / or notification to a competent security device. A competent safety device is, for example, the police or traffic monitoring.
Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass bei Erkennung eines Unfalls insbesondere eines das Verfahren ausführenden Fahrzeugs das Verfahren nicht ausgeführt wird. Die physikalischen Abmessungen eines Fahrzeugs weisen in einem solchen Fall nicht notwendigerweise eine Relevanz auf. Die GNSS-Positionsinformation kann in einem solchen Fall beispielsweise weiterhin für die Verwendung von E-Call herangezogen werden.Conveniently, it can be provided that the method is not executed when detecting an accident, in particular a vehicle executing the method. The physical dimensions of a vehicle in such a case are not necessarily relevant. In such a case, for example, the GNSS position information can continue to be used for the use of E-Call.
Fahrzeug-zu-X Kommunikationsvorrichtung zur Erkennung von GNSS-Spoofing, ausgestaltet zum:
- - Empfangen einer Fahrzeug-zu-X Nachricht mittels zumindest einer Antenne,
- - Empfangen eines GNSS-Signals mittels eines GNSS-Empfängers, gekennzeichnet durch,
- - Eine elektronische Verarbeitungseinrichtung, welche ausgestaltet ist eine durch die Fahrzeug-zu-X Nachricht umfasste Positionsinformation und/oder Zeitinformation mit einer durch das GNSS-Signal umfassten Positionsinformation und/oder Zeitinformation zu vergleichen und ein manipulierten GNSS-Signal anzunehmen, wenn das Ergebnis des Vergleichs eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
- Receiving a vehicle-to-X message by means of at least one antenna,
- Receiving a GNSS signal by means of a GNSS receiver, characterized by
- An electronic processing device configured to compare position information and / or time information comprised by the vehicle-to-X message with position information and / or time information included by the GNSS signal and to accept a manipulated GNSS signal if the result of Comparison meets a predetermined condition.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Fahrzeug-zu-X Kommunikationsvorrichtung eingerichtet, wenigstens eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.In accordance with a further aspect of the invention, a vehicle-to-X communication device is set up to carry out at least one embodiment of the method according to the invention.
In einer Weiterbildung der angegebenen Fahrzeug-zu-X Kommunikationsvorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.In a further development of the specified vehicle-to-X communication device, the specified device has a memory and a processor. The specified method is stored in the form of a computer program in the memory and the processor is provided for carrying out the method when the computer program is loaded from the memory into the processor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.According to a further aspect of the invention, a computer program comprises program code means for performing all the steps of one of the specified methods when the computer program is executed on a computer or one of the specified devices.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.According to another aspect of the invention, a computer program product includes program code stored on a computer-readable medium and, when executed on a data processing device, performs one of the specified methods.
Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung wenigstens einer Ausführungsform der Fahrzeug-zu-X Kommunikationsvorrichtung in einem Fahrzeug. Unter einem Fahrzeug sei insbesondere ein Fortbewegungsmittel zur Fortbewegung zu Land, zu Wasser bzw. in der Luft verstanden, z.B. ein Fahrrad, ein Auto, ein Lastkraftwagen oder ein Luftfahrzeug.The invention also relates to the use of at least one embodiment of the vehicle-to-X communication device in a vehicle. A vehicle is in particular understood to mean a means of locomotion by land, sea or air, e.g. a bicycle, a car, a truck or an aircraft.
Einige besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.Some particularly advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims. Further preferred embodiments will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to figures.
Die
Die Positionsbestimmung mittels eines GNSS basierten Systems beruht auf der Bestimmung der Distanzen zwischen einem jeweiligen Satelliten
Mittels des Pseudoliten
Entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispiels ist alternativ oder in Ergänzung zu vorgenanntem Vergleich mit einem eine räumliche Ausdehnung beschreibenden Grenzwerts vorgesehen, dass eine Erkennung eines Spoofing durch Vergleich mittels Fahrzeug-zu-X Kommunikation übertragener Trajektorien erfolgt, wobei ausgenutzt werden kann, dass die Trajektorien der in einem betroffenen Gebiet eintreffenden Verkehrsteilnehmer gegebenenfalls identifizierbare Sprungstellen aufweisen.According to a further embodiment, as an alternative or in addition to the aforementioned comparison with a limiting value describing a spatial extent, it is provided that a recognition of a spoofing is performed by comparison of trajectories transmitted by vehicle-to-X communication, whereby it can be utilized that the trajectories in a If necessary, the road users arriving in the affected area may have identifiable jump points.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.It should also be noted that embodiments, features and variants of the invention, which are described in the various embodiments or embodiments and / or shown in the figures, can be combined with each other as desired. Single or multiple features are arbitrarily interchangeable. Resulting combinations of features are to be understood as covered by the disclosure of this application.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.Features that are disclosed only in the specification or features that are disclosed in the specification or in a claim only in conjunction with other features may, in principle, be of independent significance to the invention. They can therefore also be included individually in claims to distinguish them from the prior art.
Allgemein sei darauf hingewiesen, dass unter Fahrzeug-zu-X-Kommunikation insbesondere eine direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen und/oder zwischen Fahrzeugen und Infrastruktureinrichtungen verstanden wird. Beispielsweise kann es sich also um Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder um Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation handeln. Sofern im Rahmen dieser Anmeldung auf eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen Bezug genommen wird, so kann diese grundsätzlich beispielsweise im Rahmen einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation erfolgen, welche typischerweise ohne Vermittlung durch ein Mobilfunknetz oder eine ähnliche externe Infrastruktur erfolgt und welche deshalb von anderen Lösungen, welche beispielsweise auf ein Mobilfunknetz aufbauen, abzugrenzen ist. Beispielsweise kann eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation unter Verwendung der Standards IEEE 802.11p oder IEEE 1609.4 erfolgen. Eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation kann auch als C2X-Kommunikation bezeichnet werden. Die Teilbereiche können als C2C (Car-to-Car) oder C2I (Car-to-Infrastructure) bezeichnet werden. Die Erfindung schließt jedoch Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Vermittlung beispielsweise über ein Mobilfunknetz explizit nicht aus.In general, it should be pointed out that vehicle-to-X communication in particular means direct communication between vehicles and / or between vehicles and infrastructure facilities. For example, this may be vehicle-to-vehicle communication or vehicle-to-infrastructure communication. If, in the context of this application, reference is made to communication between vehicles, this can in principle be carried out, for example, in the context of vehicle-to-vehicle communication, which typically takes place without being mediated by a mobile radio network or a similar external infrastructure and which is therefore dependent on other solutions, Which, for example, build on a mobile network, is to be distinguished. For example, vehicle-to-X communication may be performed using the IEEE 802.11p or IEEE 1609.4 standards. Vehicle-to-X communication may also be referred to as C2X communication. The subareas can be referred to as C2C (Car-to-Car) or C2I (Car-to-Infrastructure). However, the invention explicitly does not exclude vehicle-to-X communication with switching, for example via a mobile radio network.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |