KR20230071163A - 조작된 또는 위조된 gnss 신호 검출 방법 - Google Patents

조작된 또는 위조된 gnss 신호 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 다음의 단계들을 포함하는 조작된 또는 위조된 GNSS 신호를 검출하는 방법에 관한 것이다: a) GNSS 신호를 수신하는 단계; b) 상기 GNSS 신호로부터 적어도 하나의 신호 속성 및 적어도 하나의 위성 속성을 결정하기 위해 상기 GNSS 신호를 분석하는 단계; c) 결정된 적어도 하나의 신호 속성을 검출된 적어도 하나의 위성 속성에 따라 결정되는 적어도 하나의 알려진 신호 속성과 비교하는 단계; d) 결정된 신호 속성과 알려진 신호 속성 사이에 불일치가 있는 경우 조작된 또는 위조된 GNSS 신호를 검출하는 단계.

Description

조작된 또는 위조된 GNSS 신호 검출 방법
본 발명은 조작된 또는 위조된 GNSS 신호를 검출하는 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램, 상기 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계 판독 가능한 저장 매체 및 차량용 시스템에 관한 것이며, 상기 시스템은 상기 방법을 수행하도록 설계된다. 본 발명은 특히 자율 주행 또는 부분 자율 주행을 위한 GNSS 기반 로컬리제이션 시스템에 사용될 수 있다.
조작된 및/또는 변조된 GNSS 신호의 생성 및 전송은 일반적으로 소위 "스푸핑"이라고도 한다. 스푸핑은 특히 GNSS 수신기가 공격을 인지하지 못한 채 GNSS 수신기를 오도할 목적으로 수행된다. 스푸핑은 일반적으로 여러 GNSS 신호를 병렬로 처리하기 위해 복잡한 GNSS 신호 구조를 재생성해야 하므로 기술적으로 어렵다. 소위 "미코닝(meaconing)"은 스푸핑의 하위 범주이며 수신된 GNSS 신호의 재전송과 관련된다. 이것은 복잡한 GNSS 신호 구조의 생성을 구현하는 번거로움을 피하고, 수신 및 재방송 프로세스가 수신기 위치에서 실제 GNSS 신호의 상대적 지연과 비교하여 수신기에서 볼 수 있는 GNSS 신호의 상대적 지연을 변화시키기 때문에 GNSS 수신기가 잘못된 PNT 정보(위치, 내비게이션, 시간)를 제공하게 한다.
예를 들어, IMU로 센서 융합을 처리하거나 잔차 기반 모니터링을 구현함으로써, 부작용으로서 스푸핑을 극복하는데 도움이 되는 몇 가지 표준 접근 방식이 있다. 그러나, 특히 자동차 부문에서 이에 상응하는 기술이 알려져 있지 않다. 공격자의 노력, 범죄 에너지 및 재정적 가능성에 따라 스푸핑으로 인해 내비게이션 시스템이 손상될 위험은 항상 있다. 그러나 가능한 한 위험을 낮추기 위해 노력한다.
청구항 제 1 항에 따르면, 조작된 또는 위조된 GNSS 신호를 검출하는 방법이 제안되며, 이 방법은 적어도 다음 단계들을 포함한다:
a) GNSS 신호를 수신하는 단계,
b) 상기 GNSS 신호로부터 적어도 하나의 신호 속성 및 적어도 하나의 위성 속성을 결정하기 위해 상기 GNSS 신호를 분석하는 단계,
c) 결정된 적어도 하나의 신호 속성을 검출된 적어도 하나의 위성 속성에 따라 결정되는 적어도 하나의 알려진 신호 속성과 비교하는 단계,
d) 결정된 신호 속성과 알려진 신호 속성 사이에 불일치가 있는 경우 조작된 또는 위조된 GNSS 신호를 검출하는 단계.
방법을 수행하기 위해, 단계 a), b), c) 및 d)는 예를 들어 제시된 순서대로 적어도 한 번 및/또는 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 단계 a), b), c) 및 d), 특히 단계 c) 및 d)는 적어도 부분적으로 병행해서 또는 동시에 수행될 수 있다. 특히, 단계 a)는 차량측에서 또는 차량의 GNSS 수신기 및/또는 GNSS 센서에 의해 수행될 수 있다. 단계 b), c) 및/또는 d)는 차량측에서 및/또는 적어도 부분적으로 차량 외부에서, 예를 들어 다수의 차량들로부터 데이터를 수신할 수 있는 상위 관리 장치에 의해 수행될 수 있다.
이 방법은 특히 GNSS 스푸핑 및/또는 미코닝의 (기계적) 검출에 사용된다. 이와 관련하여, 조작된 또는 위조된 GNSS 신호는 예를 들어 (위성-외부) GNSS 신호 발생기에 의해 인위적으로 생성되고 특히 (원래) 위성 신호에 대한 대안으로서 또는 추가로 GNSS 수신기에 전송되는 신호일 수 있다. 이 경우, GNSS 신호 발생기는 예를 들어 GNSS 신호들를 완전히 시뮬레이션하고 및/또는 미코닝 시나리오에서 수신된 GNSS 신호들에 적어도 하나의 신호를 추가하는데 사용될 수 있다. 이 방법은 예를 들어 수신된 GNSS 신호들이 재전송되는 미코닝 공격을 검출하는데 도움이 될 수 있다. 그러나 방법은 이것에 한정되지 않는다. 오히려 이 방법은 GNSS 신호들의 스푸핑이 현재(일반적으로) 발생하고 있는지 여부를 검출하는데 바람직하게 기여할 수 있다.
이 방법은 특히 (적어도) GNSS 데이터에 기반한 차량(자동차)의 (자신의) 로컬리제이션과 관련하여 조작되거나 위조된 GNSS 신호를 검출하기 위해 사용된다. 이와 관련하여, 방법은 특히 차량 위치의 결과의 정확도 및/또는 신뢰도를 개선하는데 기여한다. 특히, 존재할 수 있는 차량 위치의 모든 조작은 자신의 로컬리제이션으로부터 검출되거나 발견될 수 있다. 차량은 예를 들어 바람직하게는 적어도 부분적으로 자동화된 및/또는 자율 주행을 위해 설계된 자동차일 수 있다.
단계 a)에서 GNSS 신호가 수신된다. 원칙적으로 하나 이상의 (원래) GNSS 신호는 하나 이상의 GNSS 위성(예: GPS, GLONASS, Galileo, Beidou 등의 위성)에서 수신될 수 있다. 또한 조작되거나 위조된 GNSS 신호들(예: 스푸핑 장치에서 방출되는 신호들)이 수신될 수 있다.
단계 b)에서, GNSS 신호로부터 적어도 하나의 신호 속성 및 적어도 하나의 위성 속성을 결정하기 위해 GNSS 신호가 분석된다. 신호 속성은 예를 들어 (수신된) 반송파 주파수(들)일 수 있다. 위성 속성은 예를 들어 관련 위성의 시리즈 및/또는 관련 위성에서의 반송파 주파수(L1, L2C 등)의 가용성일 수 있다.
GNSS 위성들은 그 내비게이션 데이터(GNSS 데이터 또는 GNSS 위성 데이터)에서 일반적으로 관련 (송신) 위성의 시리즈에 대한 정보 및/또는 어떤 GNSS 신호(예: 어떤 주파수)가 존재하는지 또는 존재해야 하는지에 대한 정보를 전송한다. 예를 들어 예전 GPS 위성들은 제 2 주파수(L2C)에서 민간 신호를 전송하지 않는다. 이 정보는 일반적으로 내비게이션 데이터를 통해 전달된다. 따라서 위성의 시리즈 또는 수명은 바람직한 위성 속성의 예일 수 있다.
예를 들어, 여기에 기술된 시스템의 내비게이션 데이터 핸들러 또는 GNSS 신호 핸들러는 위성의 내비게이션 데이터 또는 수신된 신호들을 디코딩하고 그로부터 적어도 하나의 신호 속성 및/또는 적어도 하나의 위성 속성(예를 들어 위성 또는 추정 위성의 시리즈)을 도출한다. 더욱이, 적어도 하나의 알려진 신호 속성은 검출된 적어도 하나의 위성 속성에 따라 결정될 수 있다. 알려진 신호 속성은 예를 들어 특정 시리즈가 제 2 주파수(L2C)에서 민간 신호를 전송하지 않는 것과 같은 신호 특성과 관련될 수 있다. 상응하는 알려진 신호 속성들 또는 특정 위성 속성들에서 발생하는 신호 특성들은 예를 들어 여기에 설명된 시스템에 (고정적으로 또는 업데이트 가능하게) 저장(코딩)될 수 있고 및/또는 바람직하게는 무선 연결(예: 무선 기반 인터넷 연결)을 통해 얻어질 수 있다.
단계 c)에서, 결정된 적어도 하나의 신호 속성은 검출된 적어도 하나의 위성 속성에 따라 결정되는 적어도 하나의 알려진 신호 속성과 비교된다. 예를 들어, 반송파 주파수들, 특히 수신되는 적어도 하나의 반송파 주파수와 예를 들어 관련 위성 시리즈에서 (보통) 수신되어야 하거나 수신되지 않아야 하는 적어도 하나의 반송파 주파수가 비교될 수 있다.
상기 예를 기반으로 시리즈에 따라 결정되는 알려진 신호 속성은 예를 들어 제 2 주파수(L2C)에서 민간 신호가 전송되지 않는 것일 수 있다.
여기에 설명된 시스템의 스푸핑 모니터는 알려진 신호 속성(들) 또는 신호 특성(들)을 수신된 신호들과 비교하도록 설계될 수 있다. 스푸핑 모니터는 예를 들어 결정된 신호 속성과 알려진 신호 속성 사이에 불일치가 검출된 경우, 특히 불가능한 신호가 수신된 경우 스푸핑 경고를 출력할 수 있다. 이 정보는 후속해서 위치 계산 및/또는 상태 정보에 사용될 수 있다.
단계 d)에서, 결정된 신호 속성과 알려진 신호 속성 사이에 불일치가 있는 경우 조작된 또는 위조된 GNSS 신호가 검출된다. 즉, 불일치는 특히 결정된 신호 속성과 알려진 신호 속성 사이의 편차와 관련된다. 조작되거나 위조된 GNSS 신호가 검출되면 이것은 예를 들어 분류될 수 있으며, 특히 차량 위치의 로컬리제이션에 사용되지 않도록 제외될 수 있다.
예를 들어 스푸퍼가 모든 신호 및 관련 내비게이션 데이터를 일관되게 생성하지 않아 (상기 예를 기반으로) 예를 들어 특정 주파수에서 전송될 수 없는 (추정된) 위성으로부터 그러한 신호가 수신되는 경우 스푸핑이 검출될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 단계 a)에서 GNSS 신호가 차량의 GNSS 센서에 의해 수신되는 것이 제안된다. GNSS 센서는 예를 들어 차량 내에 및/또는 차량 상에 배치될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 위성 속성이 다음 속성들 중 적어도 하나를 포함하는 것이 제안된다: 위성 유형, 위성 모델, 위성 시리즈. 위성 속성은 바람직하게는 위성 시리즈와 관련된다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 알려진 신호 속성이 신호의 적어도 하나의 주파수와 관련된다는 것이 제안된다. 주파수는 특히 예를 들어 관련 위성 시리즈에서 (일반적으로) 수신되어야 하거나 수신되지 않아야 하는 신호의 적어도 하나의 반송파 주파수와 관련된다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 추정되는 송신 GNSS 위성이 송신하지 않는 주파수에서 GNSS 신호가 수신되면 조작된 또는 위조된 GNSS 신호가 검출되는 것이 제안된다. 특히, 추정되는 송신 GNSS 위성이 송신하지 않는 반송파 주파수에서 GNSS 신호가 수신되면 조작된 또는 위조된 GNSS 신호가 검출될 수 있다.
추가 양태에 따르면, 여기에 제시된 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 제안된다. 즉, 이것은 특히 프로그램이 컴퓨터에 의해 실행될 때 컴퓨터가 여기에 설명된 방법을 수행하게 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램(제품)에 관한 것이다.
또 다른 양태에 따르면, 여기에 제안된 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계 판독 가능한 저장 매체가 제안된다. 기계 판독 가능한 저장 매체는 일반적으로 컴퓨터 판독 가능한 데이터 매체이다.
차량(자동차)용 시스템으로, 상기 시스템은 여기에 설명된 방법을 수행하도록 설계된다. 시스템은 예를 들어 방법을 수행하기 위해 명령들을 실행할 수 있는 컴퓨터 및/또는 제어 장치(컨트롤러)를 포함할 수 있다. 이를 위해 컴퓨터 또는 제어 장치는 예를 들어 제시된 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 또는 제어 장치는 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위해 제시된 저장 매체를 액세스할 수 있다.
시스템은 예를 들어 GNSS 신호를 수신하기 위한 GNSS 센서를 포함할 수 있다. 시스템은 (추가로) 예를 들어 내비게이션 데이터 핸들러 또는 GNSS 신호 핸들러 및/또는 스푸핑 모니터를 포함할 수 있다. 시스템은 (추가로) 적어도 수신된(그리고 조작되거나 위조된 것으로 검출되지 않은) GNSS 신호를 사용하여 차량 자신의 위치를 결정할 수 있는 로컬리제이션 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, 로컬리제이션 장치는 예를 들어 차량의 센서로부터의 추가 데이터, 예를 들어 차량의 환경 센서로부터의 환경 센서 데이터와 GNSS 데이터의 융합을 수행할 수 있다.
시스템은 예를 들어 특히 차량 내에 또는 차량 상에 배치될 수 있거나 배치되는 모션 및 위치 센서의 구성요소일 수 있거나, 정보 교환을 위해 이러한 센서에 연결될 수 있다. 이러한 맥락에서, 예를 들어 GNSS 센서 및/또는 로컬리제이션 장치는 모션 및 위치 센서의 구성요소일 수 있다. 또한, 시스템이 모션 및 위치 센서를 포함하는 것이 (대안적으로) 제공될 수 있으며, 이 센서는 이 경우 예를 들어 GNSS 센서 및/또는 로컬리제이션 장치를 포함할 수 있다.
따라서 방법과 관련하여 논의된 세부 사항들, 특징들 및 바람직한 구성들은 여기에 제시된 컴퓨터 프로그램 및/또는 저장 매체 및/또는 시스템에서 상응하게 발생할 수 있으며 그 반대도 마찬가지이다. 이와 관련하여 특징들의 더 상세한 특성화를 위해 거기에 있는 설명들이 완전히 참조된다.
여기에 제시된 솔루션과 해당 기술 환경은 도면을 참조하여 아래에서 자세히 설명된다. 본 발명은 도시된 실시예에 의해 제한되어서는 안된다는 점이 지적되어야 한다. 특히, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 도면에서 설명된 사실의 부분적 측면을 추출하여 다른 구성요소들 및/또는 다른 도면들 및/또는 본 설명으로부터의 지식과 조합하는 것도 가능하다.
도 1은 여기에 제시된 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 2는 차량용으로 여기에 설명된 시스템의 예를 도시한다.
도 1은 조작되거나 위조된 GNSS 신호를 검출하기 위해 여기에 제시된 방법의 예시적인 흐름도를 개략적으로 도시한다. 블록(110, 120, 130 및 140)으로 도시된 단계 a), b), c) 및 d)의 순서는 예시이며, 예를 들어 방법을 수행하기 위해 도시된 순서로 적어도 한번 수행될 수 있다.
블록(110)에서, 단계 a)에 따라 GNSS 신호가 수신된다. GNSS 신호는 예를 들어 차량(2)의 GNSS 센서(1)에 의해 수신될 수 있다(도 2 참조).
블록(120)에서, 단계 b)에 따라 GNSS 신호는 GNSS 신호로부터 적어도 하나의 신호 속성 및 적어도 하나의 위성 속성을 결정하기 위해 분석된다. 예를 들어, 적어도 하나의 위성 속성은 다음 속성들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: 위성 유형, 위성 모델, 위성 시리즈.
블록 130에서, 단계 c)에 따라, 결정된 적어도 하나의 신호 속성은 검출된 적어도 하나의 위성 속성에 따라 결정되는 적어도 하나의 알려진 신호 속성과 비교된다. 예를 들어, 적어도 하나의 알려진 신호 속성은 신호의 주파수와 관련될 수 있다.
블록(140)에서, 단계 d)에 따라, 결정된 신호 속성과 알려진 신호 속성 사이에 불일치가 있는 경우 조작되거나 위조된 GNSS 신호가 검출된다. 예를 들어, 추정되는 송신 GNSS 위성(3)이 송신하지 않는 주파수에서 GNSS 신호가 수신되면 조작된 또는 위조된 GNSS 신호가 검출될 수 있다.
도 2는 차량(2)용으로 여기에 설명된 시스템(4)의 예를 개략적으로 도시한다. 시스템(4)은 도 1과 관련하여 설명된 방법을 수행하도록 설계된다.
도 2에 도시된 예시적인 시나리오에서, 신호 발생기(6)를 포함하는 스푸핑(spoofing) 장치(5)가 있다. 스푸핑 장치(5)는 예를 들어 GNSS 위성(3)(예: GPS, GLONASS, Galileo 또는 Beidou)에 의해 송신된 GNSS 신호를 수신하고 이것에 위조된 신호 또는 신호 성분을 추가하고 및/또는 GNSS 신호의 신호 내용을 조작하는 모듈(7)을 포함한다. 또한, 스푸핑 장치(5)는 여기에서 예를 들어 위조된 GNSS 신호를 발생시킬 수 있는 모듈(8)을 포함한다. 이를 위해 모듈들(7, 8)은 각각 신호 발생기(6)를 액세스할 수 있다.
시스템(4)은 예를 들어 차량(2) 내에 또는 차량(2) 상에 배치된다. 시스템(4)의 GNSS 센서(1)는 GNSS 위성(3)으로부터의 원래 GNSS 신호와 스푸핑 장치(5)로부터 조작된 및/또는 위조된 GNSS 신호 모두를 수신할 수 있다. 시스템(4)은 차량의 GNSS 기반 로컬리제이션을 수행할 수 있으며, 스푸핑 장치(5)로부터 나오는 신호는 설명된 방법을 사용하여 검출되고 바람직하게는 로컬리제이션에서 배제될 수 있다.
따라서 이 방법은 내비게이션 시스템이 스푸핑에 의해 손상될 위험을 가능한 한 낮게 유지하거나 적어도 감소시키는데 바람직하게 기여한다.
1: GNSS 센서
2: 차량
3: GNSS 위성
4: 시스템

Claims (8)

  1. 조작된 또는 위조된 GNSS 신호 검출 방법으로서, 적어도
    a) GNSS 신호를 수신하는 단계;
    b) 상기 GNSS 신호로부터 적어도 하나의 신호 속성 및 적어도 하나의 위성 속성을 결정하기 위해 상기 GNSS 신호를 분석하는 단계,
    c) 결정된 적어도 하나의 신호 속성을 검출된 적어도 하나의 위성 속성에 따라 결정되는 적어도 하나의 알려진 신호 속성과 비교하는 단계,
    d) 결정된 신호 속성과 알려진 신호 속성 사이에 불일치가 있는 경우 조작 또는 위조된 GNSS 신호를 검출하는 단계를 포함하는, 조작된 또는 위조된 GNSS 신호 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 단계 a)에서 상기 GNSS 신호는 차량(2)의 GNSS 센서(1)에 의해 수신되는, 조작된 또는 위조된 GNSS 신호 검출 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 위성 속성은 위성 유형, 위성 모델, 위성 시리즈 중 적어도 하나를 포함하는, 조작된 또는 위조된 GNSS 신호 검출 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 알려진 신호 속성은 상기 신호의 적어도 하나의 주파수와 관련되는, 조작된 또는 위조된 GNSS 신호 검출 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 추정되는 송신 GNSS 위성(3)이 송신하지 않는 주파수에서 GNSS 신호가 수신되면, 조작된 또는 위조된 GNSS 신호가 검출되는, 조작된 또는 위조된 GNSS 신호 검출 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램.
  7. 제 6 항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계 판독 가능한 저장 매체.
  8. 차량(2)용 시스템으로서, 상기 시스템은 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 설계된, 시스템.
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