边缘计算实现的全球定位系统欺骗检测方案

“目前GNSS欺骗检测方法有很多，但是大多数方法需要较强的信号处理能力和附加设备，例如接收器，这些附加设备可能不适用于车辆和智能手机。本文提出了一种新的基于边缘计算的方法来重建丢失的全球定位系统信号。基本思想是在边缘节点收集信息，并使用它们来交叉验证从卫星接收的全球定位系统信号。如果有任何欺骗攻击的证据，我们的方法可以在信号不可用或不可信时重建GPS 信号。因此，这种方法可以作为一个备用计划，以应对全球定位导航系统的故障。基于真实的驾驶数据，我们可以重建平均误差为6 米的驾驶路线。这足以准确检测所有模拟的 GPS 欺骗攻击。”

一、 引言

已有的认证和反欺骗技术有如下：

• 使用多个接收器，即天线来交叉检查信号。当添加多个接收器来检查输入信号时，假冒源带来的微小变化可能会被外部接收器捕获。然而，老练的攻击者可以复制相位与两个或更多 GPS 接收器一致的欺骗信号。这些复杂的欺骗攻击很难被多接收器检测到，因为它合成了多个卫星的欺骗信号并在一开始就覆盖在真实信号之上。

• 利用信号分析比如到达时间或接收强度。这些检测方法需要设备来捕获信号的特征，并且在车辆系统上可能不灵活。因此，我们开发了一种低成本的验证机制，用基于通过车载控制器局域网总线（CAN）获得的驾驶信息来检测对车辆的全球定位系统欺骗攻击。我们提出的方法依赖于来自内部车辆网络的数据是可信的这一关键点，并由车内认证方法证明。我们提出的机制将通过从记录在 CAN 总线上的信息 (如车速和转向角度) 重建全球定位系统位置来检测欺骗攻击。

 

本文主要贡献如下：

• 低成本方法: 首先，我们的方法不需要任何额外的设备，如额外的天线或接收器，它们可能太重而无法携带，在车辆上也不实用。第二，我们的方法专注于普通的全球定位系统信号，不需要对全球定位系统信号进行任何加密和解密。

• 通过车内网络进行信任和验证: 一些定位方法依赖于网络中相邻车辆的协作，从而引起位置的隐私风险问题。首先，出于隐私考虑，辅助车辆可能不想与丢失的车辆共享位置。此外，协助车可能会行为不端，伪造虚假信号，以欺骗丢失的汽车。然而，我们提出的方法使用本地车载信号，不需要来自车辆外部的任何额外通信。此外，车载收集的信号由车载认证通信证实，该通信被认为是可信的，没有任何第三方的干扰。

二、模型:回归模型

我们推导出一个回归算法来描述方向盘转角和车辆航向之间的关系。更具体地说，我们根据当前位置、当前速度和方向盘角度计算下一个坐标。例如，从起点开始，我们根据路线的长度 (l) 和航向角 (θ) 计算下一个坐标。路线的长度可以很容易地通过假设在小时间段内匀速运动来获得，即 l = v · t，其中 v 是该时间段的采样速度，t 代表时间间隔。因此，相应的变化可以表示为下面的等式