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5G 與飛航:探討資安與技術升級的配合
 

【作者: 趨勢科技威脅研究中心】   2022年05月26日 星期四

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國際航空業者對於5G技術與飛機儀器之間的安全風險仍存在著疑慮,尤其是來自於 5G新技術所採用的無線訊號與舊世代技術 (雷達高度計) 之間的訊號干擾。本文詳細分析其中的風險及潛在的安全疑慮,並提供建議協助航空業者提升安全和效率。


美國聯邦航空總署 (Federal Aviation Administration;FAA) 已別點出5G 與飛機儀器之間的安全風險,而且該技術在建置時也造成一些國際航班暫時取消,因為國際航空業者對這項技術變革仍存在著疑慮。儘管 5G 具備一些支援飛機、機場與無人機空中交通管制的通訊技術,但前述的風險其實是來自於 5G 新技術所採用的無線訊號與舊世代技術 (雷達高度計) 之間的訊號干擾。



本文詳細分析這些風險及潛在的安全疑慮,並提供有關這些技術的建議,來協助航空業者提升安全和效率。


安全疑慮

就在美國電信業者將系統升級到 5G 網路之後,FAA 隨即發出多項聲明指出該項技術的安全風險,並表示某些波音 (Boeing) 和空中巴士 (Airbus) 飛機上所安裝的兩款高度計,會受到 5G 的C頻帶無線訊號干擾。波音甚至已經要求 擁有 777 和 747-8 型客機的航空公司,不要降落在有 C 頻帶 5G 訊號的機場。


C頻帶是介於 3.7和4.2 GHz 之間的無線電波頻帶,而 5G 所採用的頻帶則介於 3.5至3.98 GHz之間。至於雷達高度計 (RA) 的工作頻率,則是介於4.2至ˋ嘔GHz,由於彼此相當接近,因此 可預見地可能會有潛在的干擾問題。例如可能造成飛機在能見度不佳的情況下降落機場時發生問題。據估計 88 個機場當中將有 48 個機場會因為升級至 C 頻帶 5G 而受到影響。為此,美國聯邦通信委員會 (Federal Communications Commission;FCC) 一開始僅核准使用該頻帶的下半段來減少潛在的問題。


這些安全風險之所以產生,主要是因為兩種不同無線電波管理標準之間的重疊:行動電話使用的 5G 無線電波,以及飛機使用的無線電波測距系統 (也就是雷達)。雷達是飛機和機場用來測量距離的一種無線電系統。民航機在進場與降落時會使用雷達高度計來判斷飛機與地面的垂直距離,以及從飛機到跑道的水平距離。此外,飛機與飛機之間、跑道信標,以及空中交通控制塔台,還會用到其他類型的雷達裝置。


5G 相關飛航風險的基本觀念

以下說明一些相關技術的基本概念,以及這些技術對於空中交通管制、飛機、機場及乘客的潛在風險。


何謂無線電雜訊?

無線電波就像水波一樣,會從訊號塔台的天線向外擴散,就好像當物體投入水面時所造成的漣漪一樣。用來發射無線電波的巨大能量,可想像成一顆投入池塘裡掀起巨大漣漪的大石頭。


漣漪與漣漪彼此之間的間距,就好像無線電波的頻率 (所以漣漪很多代表頻率很高)。而無線電裝置的工作,就是要計算這些漣漪的數量、間隔時間和大小,然後將這些漣漪轉換成資料。這些資料就是手機的通話內容、下載的影片,或是雷達的訊號。


當有很多通訊在同時進行時 (也就是有許多無線電波來源),品質較差的無線電裝置就很難將不同的訊號區別開來。此外,如果無線電頻率彼此太過接近,也會彼此互相干擾。這些混淆雜亂的訊號稱為「無線電雜訊」, 當雜訊到達一定的量時,裝置就可能就沒辦法正常運作。


由於不同的裝置之間是靠不同的頻率來區隔彼此的訊號,但如果雜訊達到一定程度,這樣的區隔就會變得模糊。當然,還有許多因素都會影響到訊號的品質,例如無線電訊號發射的方向、訊號的強度、天線設置的位置等。


無線電雜訊的安全風險

接下來就要談到兩種因為無線電雜訊而可能互相干擾或彼此錯認的裝置。第一種是今日噴射客機所配備的 C 頻帶雷達高度計。這些裝置使用的是 C 頻帶的無線電頻率來發射無線電波並接收反射訊號。高度計在接收到反射訊號之後就會計算出距離資料。而飛機的導航儀器、地形偵測及防撞系統都會使用這些資料。所以,如果反射的訊號遭到干擾,很可能會導致高度計提供錯誤的資訊,這樣的錯誤有可能導致飛機發生空難,尤其是在能見度不佳的情況下。


第二種裝置是 5G 訊號發射台與 5G 裝置。當這兩種技術在飛機起飛或降落時發生互相干擾,就會有 RA 讀值錯誤的風險,使得飛機自動駕駛系統誤算 地面距離。如此將提高飛機撞擊地面 (也就是墜機) 的風險。


一種直接了當的權宜作法就是確保機場周圍有一段實體的緩衝地帶,在此圓形地帶內將 5G 訊號淨空。這個地帶必須大到讓飛機駕駛員有足夠的時間在發生 5G 相關緊急事件時手動接管降落程序。目前在全球各地,這段時間通常都不到兩分鐘,在美國境內則大約是 0 秒 (等於沒有緩衝地帶) 至 20 秒之間。


建議

從安全的角度來看,這些風險確實相當令人擔憂。但歐洲與美國政府的作法就只是承認 5G 無線電波有可能造成墜機,並指出不同國家在機場內部及周遭範圍的 5G 建置上存在著不同差異 。除了美國 50 個機場之外,飛機駕駛員對於這類狀況 (例如某個 5G 裝置對雷達造成惡意干擾時) 能夠反應時間是零秒。


另一個從 5G 角度出發的防範作法是將飛機也視為一種 5G 裝置。由地面基地台負責處理地面 5G 訊號,而衛星則處理空中與跨洋 5G 訊號。由於 5G 技術具備了極精準的定位能力,因此在有 5G 的地方,5G 可說是替代雷達的絕佳方案,這樣就不會影響到其他的 5G 裝置或形成 5G 真空地帶 (也就是緩衝地帶)。


此外,機場本身也可以善用 5G 技術,就像目前的 5G 港口一樣,譬如比利時的安特衛普港(Port of Antwerp),此港口本身就有自己的 5G 專網。而且其 5G 專網正逐漸支援自駕式 5G 車輛運輸流量。這樣的模式也在GSMA Future Networks 獲得多方面的見證,證明 5G 在支援通訊、運輸、航空及安全方面的角色越來越重要,而這一切都歸功於 5G 強大的靈活性、速度、超低延遲,以及對的精確度要求。


5G 具備各種雷達所不具備的防擾亂、防偽造,以及干擾管理功能。FAA 所提出的疑慮可以透過 5G 或使用「5G+傳統雷達」的方式來解決。藉由兩者的結合,就不必面對必須翻新飛機雷達的昂貴費用,畢竟許多飛航標準還是必須仰賴雷達。


在這樣的安全模型之下,不論飛機、手機和無人機都可以使用5G標準來運作,而且不需單靠雷達。而且每種裝置都可以善用資安偵測軟體與解決方案:隨著惡意程式開始攻擊飛機、機場或乘客的裝置,這些解決方案可在攻擊利用飛機供應鏈造成影響之前就預先發現,並提供最新威脅的相關情報,進而持續改善整體的資安狀況。此外,這些威脅回應機制也應該透過資安營運中心 (SOC) 來協調運作,SOC 可利用航空業或客戶基礎架構的某個環節所偵測到的攻擊資訊來預測針對其他環節的攻擊。


結論

所以,問題並非無解,事實上,這項風險是來自於雷達和 5G 之間不預期的互相干擾。所以解決此問題的一個辦法就是讓這項風險變得可預期,那麼就能加以管理。一旦風險變得可預期、又可管理,那麼就能加以防範。


(本文由Trend Micro Research趨勢科技威脅研究中心提供)


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