Neben Mobilfunkbetreibern, die mit Hilfe eines ausgebauten Glasfasernetzes ohne GNSS (Global Navigation Satellite System)-Unterstützung ihr Mobilfunknetz betreiben, gibt es auch GNSS-abhängige Mobilfunkbetreiber. Diese verwenden offene GNSS-Signale zur präzisen Zeit- und Taktgebung für die Synchronisation der einzelnen Mobilfunkzellen. Eine Zeitsynchronisation der Daten ist Voraussetzung für eine korrekte Datenübertragung. In diesem Projekt wurden die Schwachstellen des Mobilfunks hinsichtlich Spoofing-Angriffe untersucht. Spoofing ist das Vortäuschen eines GNSS-Signales, um den GNSS-Empfänger in die Irre zu führen. Hierbei kann man dem Empfänger eine falsche Zeit oder Position sowie einen Uhrdrift vorgaukeln. Im Bereich Mobilfunk ist das Zeitspoofing kritisch, da hierdurch die Zellensynchronisation außer Kraft gesetzt werden kann, was zu Verbindungsabbrüchen bei den Mobilfunkteilnehmern führt. Es gibt verschiedene Spoofingtechniken, die allesamt im Projekt getestet wurden. Allen gemeinsam ist, dass der Spoofer sein gefälschtes Signal mit höherer Energie als das echte Satellitensignal in Richtung der Mobilfunkstation schickt.

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Links: Mobilfunkstation | Mitte: Spooferantenne | Rechts: Teststrecke, orange Linie Spoofingsignal (hier Galileo E1BC-Signal). Grüne Linie simuliertes zu spoofendes Signal (hier Galileo E1ABC-Signal)

Dies geschieht mit einer Richtantenne. Da diese und das weitere Equipment z.B. in einem Karton versteckt werden kann, kann sich ein Angreifer unauffällig z. B. im Auto vor der Station aufstellen. Da das Signal verstärkt ist, ist eine Entfernung von mehr als 100 m von der Station möglich. Im Projekt wurde eine Mobilfunkbasisstation nachgebaut, mit der direkt überprüft werden konnte, wann die Verbindungsabbrüche auftreten. Ein weiterer Teil des Projektes widmete sich der Erforschung von Abwehrmaßnahmen gegen die Spoofingangriffe.

Hierbei wurde die Teststrecke, auf der Signale von einem Institutsgebäude zu einem 100 m entfernten zweiten Gebäude geschickt werden, weiter entwickelt, vor allem was die Sendeanlage betrifft. Es wurden künstliche GNSS-Signale entwickelt, die auf einer leicht veränderten Mittenfrequenz abgestrahlt wurden, um die echten Satellitensignale nicht zu stören. Die Abwehrmaßnahmen waren in unserem Falle softwareseitig, es wurde auf auffälliges Verhalten verschiedener Signalparameter bei der Signalverarbeitung im Empfänger gesucht, wenn das Spoofing einsetzte. Des Weiteren wurde der Einsatz des Galileo PRS (Public Related Service) für den Mobilfunk als Lösungsmöglichkeit diskutiert.

Galileo ist das europäische Satellitennavigationssystem, welches ähnlich wie das amerikanische GPS funktioniert. Der PRS befindet sich momentan im Aufbau. Dessen Signale sind verschlüsselt und daher besser geeignet, um Angriffe abzuwehren. Da jedoch auch hier gewisse Spoofingarten nicht abzuwehren sind, wird den Mobilfunkbetreibern eine Kombination aus PRS und Anti-Spoofing-Software empfohlen.


Prof. Dr. habil. Thomas Pany, Professor für Satellitennavigation, hat das Projekt „NeedForPRS“ im Rahmen des deutschen PRS-Programms eingeworben und abgeschlossen.

Projektlaufzeit: 01.01.2018 bis 30.11.2019
Förderer:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI)