Шифрование в GPS и ГЛОНАСС

Шифровальные средства
Шифровальные (криптографические) средства (ШКС)
Основные НПА
Решение ЕЭК №30 от 21 апреля 2015 г.
Перечень	2.19
Положение	Приложение 9
Услуги IFCG
Оформление разрешительных документов для ввоза и вывоза ШКС: Нотификация ФСБ Заключение ФСБ Лицензия Минпромторга

GPS и ГЛОНАСС - глобальные спутниковые системы навигации (ГНСС), разработанные по заказу Министерств обороны США и РФ (СССР) соответственно изначально для использования в военных целях. В настоящее время обе системы открыты для гражданского использования.

Системы построены на одних и тех же принципах, имеют схожую техническую реализацию и доступны из любой точки земного шара. Потребительские устройства на основе ГЛОНАСС получили распространение с конца 2000-х годов.

В настоящее время также находятся на этапе развертывания спутниковые системы Galileo (ЕС) и BeiDou (Китай), окончательный ввод в эксплуатацию которых ожидается к 2020 году.

Предназначение

Глобальные системы навигации предназначены для определения географических координат и точного времени, а также скорости и направления движения приёмника сигнала, находящегося на поверхности земли (а также под водой и в воздухе) и в околоземном космическом пространстве.

Сегодня GPS и ГЛОНАСС применяется в миллионах гражданских устройств по всему миру, включая навигаторы и трекеры, сотовые телефоны и планшеты, ноутбуки и КПК. Кроме того, спутниковые системы используются для задач геодезии и картографии, навигации (наземной, морской, воздушной в составе бортовых систем транспортных средств), в системах помощи при чрезвычайных ситуациях, в научных и спортивных целях.

Принцип работы

Обе системы состоят из космической спутниковой группировки (в данный момент: 31 аппарат для GPS и 27 для ГЛОНАСС, при необходимых 24), наземной системы управления и приемных устройств.

Спутники обращаются вокруг Земли в нескольких плоскостях по орбитам на высоте порядка 20000 км. Период обращения ИСЗ составляет примерно 12 часов (11 часов 15 минут для ГЛОНАСС), таким образом за сутки каждый совершает около двух витков вокруг Земли. Аппараты непрерывно передают навигационные сигналы, которые могут быть приняты потребительскими устройствами и с помощью которых последние могут определить свое местоположение.

Для определения координат устройству необходимо получить сигналы от четырех (или более) спутников (какой-либо одной из систем), после чего по разнице времени излучения и прихода сигнала вычисляется расстояние до спутников и, зная точные координаты каждого из спутников и используя метод трилатерации, вычисляется географическое местоположение устройства.

Несмотря на то, что для решения задачи трилатерации достаточно трех опорных точек (трех спутниковых сигналов), в ГНСС используется не меньше четырех, т.к. для определения времени распростанения сигнала устройство-приемник должно иметь часы, очень точно (до наносекунд) синхронизированные с часами спутниковой системы. Для подобной синхронизации в вычилительный процесс добавляется сигнал четвертого спутника, что позволяет путем решения 4-х уравнений получить также и точное значение времени. Дальнейшее увеличение числа используемых спутников или одновременное использование нескольких систем позволяет увеличивать точность позиционирования.

Навигационные сигналы

В настоящее время обе системы используют по два частотных диапазона, условно называемые L1 и L2. Частоты составляют:

	GPS	ГЛОНАСС
L1	1575,42 МГц	1602 МГц + n × 0,5625 МГц
L2	1227,60 МГц	1246 МГц + n × 0.4375 МГц

где n - номер канала в диапазоне от -7 до 6. Разделение спутниковых сигналов в GPS происходит методом CDMA (кодовое разделение), в ГЛОНАСС - FDMA (частотное разделение). Обе системы используют модуляцию BPSK. В будущем планируется введение и других частотных диапазонов.

Спутники передают данные с относительно малой скоростью - 50 бит/с (для гражданских целей). Передаваемые данные включают в себя информацию о самом спутнике (эфемериды, точное время, состояние спутника) и общий для всех спутников альманах (данные орбит и статусы всех спутников). Для получения полных сведений о состоянии спутниковой системы (что необходимо для определения координат) требуется около 12 минут. Затем эти данные частично запоминаются устройством, и в дальнейшем для начала работы с устройством требуется существенно меньше времени (около 30 сек после перерыва в несколько часов).

Граджанские и военные сигналы

Т.к. обе системы изначально создавались для военного использования и активно используются в военных целях и в настоящее время, кроме общедоступного гражданского сигнала спутники передают также и защищенный сигнал, предназначенный для использования вооруженными силами или спецслужбами соответствующих государств. В GPS гражданский сигнал передается в диапазоне L1, а военный - в L2. В ГЛОНАСС до некоторого времени ситуация обстояла похожим образом, однако, с введением в эксплуатацию модернизированных спутников ГЛОНАСС-М гражданский сигнал стал также передаваться и в диапазоне L2.

Военные сигналы по сравнению с гражданскими имеют более высокую точность, однако, доступ к ним ограничен. Технически ограничение доступа в GPS осуществляется применением защищенного (зашифрованного) CDMA кода P(Y) (в отличие от открытых кодов C/A); в ГЛОНАСС реализация как самого кодирования военного сигнала, так и формата сообщений является засекреченной.

A-GPS

Выше было упомянуто, что для начала полноценного функционирования из заводского состояния (или после длительного перерыва) устройству требуется значительное время на прием полной информации об орбитах спутников (альманаха) - так называемый "холодный старт". Для решения данной проблемы применяется технология под названием A-GPS (Assisted GPS). Суть ее заключается в получении альманаха по сторонним каналам связи, например, по сети Интернет, доступ к которой осуществляется через сеть сотовой связи или имеющиеся поблизости точки доступа Wi-Fi.

Дополнительно данная технология позволяет приблизительно определить местоположение, ориентируясь на расположение ближайших базовых станций и точек доступа.

Шифрование

Шифрование имеет два основных признака:

• оно осуществляется с целью ограничения доступа к информации неавторизованным лицам,
• оно использует секретный ключ (позволяющий отличить лиц авторизованных от не являющихся таковыми).

Инфраструктура ГНСС, предназначенная для гражданского использования, обладает следующими особенностями:

1. Открытость для использования неограниченным кругом лиц

Стандарты опубликованы и доступны, юридических ограничений на использование технологии нет.

2. Отсутствие конфиденциальной информации

Передача информации происходит в одном направлении - от спутников к навигационным устройствам. Все такие устройства являются исключительно приемниками и все они принимают со спутников одни и те же данные, т.е. нет необходимости в создании конфиденциальных каналов между абонентами.

3. Отсутствие секретного ключа

Технология не подразумевает использование каких-либо ключей, нет механизмов их распространения, не предусмотрено возможности их применения.

Таким образом, даже не зная всех тонкостей технической реализации, можно сделать вывод, что шифрование в GPS и ГЛОНАСС не используется.

При этом очевидно, что в военной части инфраструктуры шифрование присутствует, т.к. явно требуется и ограничение доступа, и имеются секретные ключи (в случае GPS это вышеупомянутый P(Y) код).

Нужно ли нотифицировать GPS/ГЛОНАСС устройства?

Поскольку технологии ГНСС гражданского назначения шифрование не используют, а бытовые гражданские устройства (GPS-навигаторы, смартфоны и пр.), очевидно, не поддерживают засекреченные/органиченные в применении военные технологии, то на первый взгляд может показаться, что такие устройства не являются ШКС и не требуют получения нотификации для ввоза.

Однако, в реестре зарегистрированных нотификаций несложно найти подобные устройства. Более того, в перечне шифровальных (криптографических) средств, имеется отдельный пункт:

13. Приемники радионавигационные, аппаратура дистанционного управления и их части, имеющие функции шифрования (криптографии)

Дело в том, что очень часто навигационные устройства содержат дополнительные компоненты и технологии, поддерживающие шифрование. Например:

• A-GPS может использовать в качестве стороннего канала GSM или Wi-Fi. Оба эти стандарта имеют функцию шифрования
• Навигационное оборудование может использовать беспроводные технологии для связи с другими устройствами (например, Bluetooth или другие технологии семейства IEEE 802.15)
• Устройство может содержать программное обеспечение (операционную систему, BIOS и пр.), имеющее функции шифрования. Так, многие автомобильные навигаторы используют ОС Windows CE или Android, которые поддерживают широкий набор криптографических алгоритмов

С другой стороны, конечно, существуют приемники, не содержащие функции шифрования, и на которые не требуется получения нотификации при ввозе или вывозе. Однако, с учетом сказанного выше, этот факт может быть достаточно сложно доказать таможенному органу.

См. также

• Раздел 2.19: Шифровальные (криптографические) средства
• Положение о ввозе шифровальных (криптографических) средств
• Ввоз и вывоз шифровально-криптографических средств

Ссылки

• GPS
• ГЛОНАСС
• Единый реестр нотификаций о характеристиках шифровальных (криптографических) средств и товаров, их содержащих