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5G 与飞航:探讨资安与技术升级的配合
 

【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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国际航空业者对於5G技术与飞机仪器之间的安全风险仍存在着疑虑,尤其是来自於 5G新技术所采用的无线讯号与旧世代技术 (雷达高度计) 之间的讯号干扰。本文详细分析其中的风险及潜在的安全疑虑,并提供建议协助航空业者提升安全和效率。


美国联邦航空总署 (Federal Aviation Administration;FAA) 已别点出5G 与飞机仪器之间的安全风险,而且该技术在建置时也造成一些国际航班暂时取消,因为国际航空业者对这项技术变革仍存在着疑虑。尽管 5G 具备一些支援飞机、机场与无人机空中交通管制的通讯技术,但前述的风险其实是来自於 5G 新技术所采用的无线讯号与旧世代技术 (雷达高度计) 之间的讯号干扰。



本文详细分析这些风险及潜在的安全疑虑,并提供有关这些技术的建议,来协助航空业者提升安全和效率。


安全疑虑

就在美国电信业者将系统升级到 5G 网路之後,FAA 随即发出多项声明指出该项技术的安全风险,并表示某些波音 (Boeing) 和空中巴士 (Airbus) 飞机上所安装的两款高度计,会受到 5G 的C频带无线讯号干扰。波音甚至已经要求 拥有 777 和 747-8 型客机的航空公司,不要降落在有 C 频带 5G 讯号的机场。


C频带是介於 3.7和4.2 GHz 之间的无线电波频带,而 5G 所采用的频带则介於 3.5至3.98 GHz之间。至於雷达高度计 (RA) 的工作频率,则是介於4.2至??呕GHz,由於彼此相当接近,因此 可预见地可能会有潜在的干扰问题。例如可能造成飞机在能见度不隹的情况下降落机场时发生问题。据估计 88 个机场当中将有 48 个机场会因为升级至 C 频带 5G 而受到影响。为此,美国联邦通信委员会 (Federal Communications Commission;FCC) 一开始仅核准使用该频带的下半段来减少潜在的问题。


这些安全风险之所以产生,主要是因为两种不同无线电波管理标准之间的重叠:行动电话使用的 5G 无线电波,以及飞机使用的无线电波测距系统 (也就是雷达)。雷达是飞机和机场用来测量距离的一种无线电系统。民航机在进场与降落时会使用雷达高度计来判断飞机与地面的垂直距离,以及从飞机到跑道的水平距离。此外,飞机与飞机之间、跑道信标,以及空中交通控制塔台,还会用到其他类型的雷达装置。


5G 相关飞航风险的基本观念

以下说明一些相关技术的基本概念,以及这些技术对於空中交通管制、飞机、机场及乘客的潜在风险。


何谓无线电杂讯?

无线电波就像水波一样,会从讯号塔台的天线向外扩散,就好像当物体投入水面时所造成的涟漪一样。用来发射无线电波的巨大能量,可想像成一颗投入池塘里掀起巨大涟漪的大石头。


涟漪与涟漪彼此之间的间距,就好像无线电波的频率 (所以涟漪很多代表频率很高)。而无线电装置的工作,就是要计算这些涟漪的数量、间隔时间和大小,然後将这些涟漪转换成资料。这些资料就是手机的通话内容、下载的影片,或是雷达的讯号。


当有很多通讯在同时进行时 (也就是有许多无线电波来源),品质较差的无线电装置就很难将不同的讯号区别开来。此外,如果无线电频率彼此太过接近,也会彼此互相干扰。这些混淆杂乱的讯号称为「无线电杂讯」, 当杂讯到达一定的量时,装置就可能就没办法正常运作。


由於不同的装置之间是靠不同的频率来区隔彼此的讯号,但如果杂讯达到一定程度,这样的区隔就会变得模糊。当然,还有许多因素都会影响到讯号的品质,例如无线电讯号发射的方向、讯号的强度、天线设置的位置等。


无线电杂讯的安全风险

接下来就要谈到两种因为无线电杂讯而可能互相干扰或彼此错认的装置。第一种是今日喷射客机所配备的 C 频带雷达高度计。这些装置使用的是 C 频带的无线电频率来发射无线电波并接收反射讯号。高度计在接收到反射讯号之後就会计算出距离资料。而飞机的导航仪器、地形侦测及防撞系统都会使用这些资料。所以,如果反射的讯号遭到干扰,很可能会导致高度计提供错误的资讯,这样的错误有可能导致飞机发生空难,尤其是在能见度不隹的情况下。


第二种装置是 5G 讯号发射台与 5G 装置。当这两种技术在飞机起飞或降落时发生互相干扰,就会有 RA 读值错误的风险,使得飞机自动驾驶系统误算 地面距离。如此将提高飞机撞击地面 (也就是坠机) 的风险。


一种直接了当的权宜作法就是确保机场周围有一段实体的缓冲地带,在此圆形地带内将 5G 讯号净空。这个地带必须大到让飞机驾驶员有足够的时间在发生 5G 相关紧急事件时手动接管降落程序。目前在全球各地,这段时间通常都不到两分钟,在美国境内则大约是 0 秒 (等於没有缓冲地带) 至 20 秒之间。


建议

从安全的角度来看,这些风险确实相当令人担??。但欧洲与美国政府的作法就只是承认 5G 无线电波有可能造成坠机,并指出不同国家在机场内部及周遭范围的 5G 建置上存在着不同差异 。除了美国 50 个机场之外,飞机驾驶员对於这类状况 (例如某个 5G 装置对雷达造成恶意干扰时) 能够反应时间是零秒。


另一个从 5G 角度出发的防范作法是将飞机也视为一种 5G 装置。由地面基地台负责处理地面 5G 讯号,而卫星则处理空中与跨洋 5G 讯号。由於 5G 技术具备了极精准的定位能力,因此在有 5G 的地方,5G 可说是替代雷达的绝隹方案,这样就不会影响到其他的 5G 装置或形成 5G 真空地带 (也就是缓冲地带)。


此外,机场本身也可以善用 5G 技术,就像目前的 5G 港囗一样,譬如比利时的安特卫普港(Port of Antwerp),此港囗本身就有自己的 5G 专网。而且其 5G 专网正逐渐支援自驾式 5G 车辆运输流量。这样的模式也在GSMA Future Networks 获得多方面的见证,证明 5G 在支援通讯、运输、航空及安全方面的角色越来越重要,而这一切都归功於 5G 强大的灵活性、速度、超低延迟,以及对的精确度要求。


5G 具备各种雷达所不具备的防扰乱、防伪造,以及干扰管理功能。FAA 所提出的疑虑可以透过 5G 或使用「5G+传统雷达」的方式来解决。藉由两者的结合,就不必面对必须翻新飞机雷达的昂贵费用,毕竟许多飞航标准还是必须仰赖雷达。


在这样的安全模型之下,不论飞机、手机和无人机都可以使用5G标准来运作,而且不需单靠雷达。而且每种装置都可以善用资安侦测软体与解决方案:随着恶意程式开始攻击飞机、机场或乘客的装置,这些解决方案可在攻击利用飞机供应链造成影响之前就预先发现,并提供最新威胁的相关情报,进而持续改善整体的资安状况。此外,这些威胁回应机制也应该透过资安营运中心 (SOC) 来协调运作,SOC 可利用航空业或客户基础架构的某个环节所侦测到的攻击资讯来预测针对其他环节的攻击。


结论

所以,问题并非无解,事实上,这项风险是来自於雷达和 5G 之间不预期的互相干扰。所以解决此问题的一个办法就是让这项风险变得可预期,那麽就能加以管理。一旦风险变得可预期、又可管理,那麽就能加以防范。


(本文由Trend Micro Research趋势科技威胁研究中心提供)


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