無人機(jī)信息安全研究綜述

張繼永

摘要：隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，無人機(jī)從軍用領(lǐng)域到工業(yè)領(lǐng)域以及民用領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用并發(fā)揮重要作用，在巡航、監(jiān)測(cè)、拍攝、探測(cè)、管制、運(yùn)輸、應(yīng)急救援等領(lǐng)域給生產(chǎn)生活帶來便利。本文對(duì)無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)以及信息安全威脅類型，提出進(jìn)行無人機(jī)信息安全技術(shù)升級(jí)，做好無人機(jī)通信軟件、傳感器網(wǎng)絡(luò)等安全威脅防控工作是當(dāng)前的重要課題。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);信息安全;安全威脅

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）02-0185-01

隨著技術(shù)的進(jìn)步，無人機(jī)在技術(shù)上越來越成熟，無人機(jī)具有體積小容易操縱、靈活性高、安全穩(wěn)定性強(qiáng)等特征，在影視拍攝、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)事故、救援、社會(huì)安全、防控等方面發(fā)揮重要作用。

1 無人機(jī)概述

（1）我國無人機(jī)制造在消極消費(fèi)級(jí)以及軍事應(yīng)用級(jí)工業(yè)應(yīng)用等方面擁有較大的市場(chǎng)占有力。目前在各類無人機(jī)銷售上擁有高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，但是隨著無人機(jī)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用日益廣泛，利用無人機(jī)無線通信安全漏洞，使得無人機(jī)的安全問題逐漸凸顯。例如無線劫持技術(shù)能夠獲取無人機(jī)的控制權(quán)，造成無人機(jī)安全領(lǐng)域嚴(yán)重事故，隨著鍵盤記錄病毒感染，無人機(jī)地面站也容易受到安全威脅。受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的無人機(jī)能夠?qū)⑿畔踩雷o(hù)網(wǎng)絡(luò)加以攻破，無法保證無人機(jī)的完整性、可用性和保密性[1]。

（2）當(dāng)前對(duì)無人機(jī)安全威脅攻擊主要包括傳感器攻擊、網(wǎng)絡(luò)攻擊、無線電攻擊等。在這樣的攻擊下，無人機(jī)要保證大量資源不被攻擊，防止網(wǎng)絡(luò)癱瘓，就要采取必要的系統(tǒng)技術(shù)來降低無人機(jī)的功耗，增強(qiáng)無人機(jī)的通信安全性。從無人機(jī)技術(shù)提升角度應(yīng)在通信、軟件、網(wǎng)絡(luò)、傳感器等方面加強(qiáng)安全防護(hù)措施的探討和應(yīng)用。

（3）無人機(jī)的工作原理是利用無線電遙控設(shè)備操縱載人飛機(jī)，從技術(shù)角度上講，無人機(jī)當(dāng)前包括無人直升機(jī)、多旋翼無人機(jī)、無人固定翼機(jī)等無人機(jī)的系統(tǒng)組成，包括動(dòng)力系統(tǒng)、主控制器、通信鏈路模塊、任務(wù)執(zhí)行單元等多個(gè)部分[2]。動(dòng)力系統(tǒng)負(fù)責(zé)為無人機(jī)飛行和穩(wěn)定提供動(dòng)力。一般包含電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等種類。主控制器負(fù)責(zé)無人機(jī)的穩(wěn)定和導(dǎo)航接收控制、命令轉(zhuǎn)換成動(dòng)力系統(tǒng)命令，通信鏈路模塊，包括無線數(shù)傳模塊、遙控信號(hào)模塊和WiFi通信模塊。無人機(jī)自身的運(yùn)行數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲?，由地面站的顯示器和智能終端進(jìn)行顯示，包括系統(tǒng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、無線電控制等功能都囊括在地面控制部分。地面站主要包含遙控器、智能終端、通信鏈路模塊等。通信鏈路部分包含無人機(jī)通信鏈路，每個(gè)通訊鏈路傳輸不同模型的信息數(shù)據(jù)。無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)一般通過衛(wèi)星進(jìn)行無人機(jī)通信傳輸，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括視頻、音頻等。衛(wèi)星通信鏈路可以傳遞信、氣象信息、GPS信號(hào)，是無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。

2 無人機(jī)的安全威脅分析

無人機(jī)作為飛行平臺(tái)，按照用途可分為軍用、民用等，執(zhí)行難度大是無人機(jī)的操作特征。其危險(xiǎn)性也較高，在進(jìn)行航拍時(shí)無人機(jī)可以進(jìn)行新聞拍攝，電影拍攝在安防領(lǐng)域可以進(jìn)行調(diào)度、指揮、協(xié)助巡邏，在電力方面還可以進(jìn)行線路規(guī)劃等。另外無人機(jī)還廣泛應(yīng)用在咨詢、資源、勘探、城市規(guī)劃等方面。當(dāng)前受到安全威脅無人機(jī)領(lǐng)域最嚴(yán)重的鍵盤記錄、病毒感染、地面戰(zhàn)帶來較大破壞。

（1）無人機(jī)要保證完整性、可用性和保密性，保密性是保護(hù)數(shù)據(jù)不被非法訪問，一般對(duì)于無人機(jī)的攻擊往往是進(jìn)行信息的竊取，通信鏈路地面站都可以遭受到保密性攻擊。攻擊的方式包括惡意軟件、病毒、鍵盤、記錄程序等。無人機(jī)的完整性容易受到威脅，攻擊者可以通過刪除、修改和插入破壞性關(guān)鍵數(shù)據(jù)，使得無人機(jī)的完整性受到攻擊。另外通過生成新的信息，破壞無線數(shù)據(jù)鏈路也是一種竊取數(shù)據(jù)的方式。

（2）對(duì)無人機(jī)可用性進(jìn)行攻擊，是指系統(tǒng)在合法的訪問反應(yīng)過程中，數(shù)據(jù)無法及時(shí)獲取，偽造的攻擊和拒絕服務(wù)等安全攻擊方式，針對(duì)無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)可運(yùn)行進(jìn)行攻擊，基于網(wǎng)絡(luò)堵塞，使系統(tǒng)無法使用。攻擊一般分為泛洪和緩沖區(qū)溢出，通過發(fā)送大量的數(shù)據(jù)包進(jìn)行報(bào)文，泛洪攻擊使得網(wǎng)絡(luò)癱瘓。目前針對(duì)無人機(jī)的常見攻擊主要是網(wǎng)絡(luò)的攻擊、傳感器攻擊、GPS欺騙、無線電干擾等。根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，采取安全措施勢(shì)在必行。

（3）Zigbee芯片威脅是基于Zigbee技術(shù)的一個(gè)信號(hào)傳輸模塊，通過破解WiFi加密技術(shù)來斷開無人機(jī)控制端的連接。受到類似的攻擊時(shí)攻擊者還可以通過對(duì)信號(hào)傳輸模塊固件復(fù)制使得控制端的命令來完全控制無人機(jī)，最有效的應(yīng)對(duì)方式就是進(jìn)行升級(jí)以及嚴(yán)格加密無人機(jī)與地面站傳輸?shù)牧髁俊?/p>

（4）鍵盤木馬威是一種系統(tǒng)監(jiān)控軟件。Keylogger將數(shù)據(jù)與該地面站進(jìn)行交互，當(dāng)中采用了軟件驅(qū)動(dòng)的監(jiān)控類程序，計(jì)算機(jī)鍵盤上監(jiān)控用戶所作的每一次擊鍵，病毒記錄都會(huì)記錄，包括每一次的數(shù)據(jù)交互和指令。

3 無人機(jī)安全防控措施分析

（1）新型的無人機(jī)技術(shù)和解決方案依賴于傳感器協(xié)作，傳感器是一種能夠感受到被測(cè)量信息的設(shè)備，將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟ㄐ问降碾娦盘?hào)，再進(jìn)行傳輸時(shí)微機(jī)電系統(tǒng)和微機(jī)電去噪算法，使得傳感器在無人機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)中發(fā)揮作用。例如以多旋翼無人機(jī)為例，采用陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)、GPS用來檢測(cè)無人機(jī)角速度、GPS獲取無人機(jī)的位置，陀螺儀和加速度計(jì)進(jìn)行無人機(jī)的系統(tǒng)慣性測(cè)量。主控制器根據(jù)各種傳感器采取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行命令的傳達(dá)，保證無人機(jī)能夠正常飛行。在無人機(jī)的傳感器安全研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，改變了傳統(tǒng)的傳感器只能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，打破傳感器無法對(duì)正常和異常的信息進(jìn)行區(qū)分和檢測(cè)的技術(shù)瓶頸，使得無人機(jī)能夠靈活應(yīng)對(duì)攻擊方式。

（2）超聲波干擾陀螺儀，就是無人機(jī)傳感器抗擊空氣方式的一種，通過陀螺儀和加速度計(jì)組成的慣性測(cè)量單元，危機(jī)電系統(tǒng)能夠保持無人機(jī)的穩(wěn)定姿態(tài)，采用陀螺儀和加速度計(jì)來維持無人機(jī)的飛行穩(wěn)定。MEMS傳感器采用振動(dòng)物體傳感角速度的概念，形成了共振頻率，在共振頻率下，輸出數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。連接陀螺儀的開源電子原型平臺(tái)，將數(shù)據(jù)加以采集和處理，將數(shù)據(jù)發(fā)送到筆記本電腦，通過陀螺儀輸出的數(shù)據(jù)檢測(cè)來判斷評(píng)判是否為共振平淡。

（3）全球定位系統(tǒng)GPS是一個(gè)極其重要的傳感器及提供高精度的位置信息，以減少和消除慣性測(cè)量單元的累計(jì)誤差，生成GPS欺騙，可以根據(jù)生成特定的信號(hào)進(jìn)行欺騙的局限性和欺騙的實(shí)現(xiàn)成本降低，GPS欺騙對(duì)自主導(dǎo)航設(shè)備的影響較為顯著。通過預(yù)先規(guī)劃好的GPS、位置信息改變要發(fā)射的欺騙點(diǎn)的位置，采用軟件無線電技術(shù)設(shè)計(jì)，基于生成式GPS欺騙攻擊的個(gè)動(dòng)態(tài)，改變欺騙點(diǎn)的GPS欺騙系統(tǒng)，包括主機(jī)、通用軟件、無線電放大器等，可以進(jìn)行定位信息的發(fā)送。根據(jù)相應(yīng)的位置信息，通過定位信息生成程序進(jìn)行計(jì)算，繼而產(chǎn)生二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

無人機(jī)安全信息管控技術(shù)是近年來興起的新技術(shù)，改變傳統(tǒng)的軟件無法從直行機(jī)角度進(jìn)行飛控技術(shù)的升級(jí)的問題，將傳感器攻防技術(shù)加以提升，加大了無人機(jī)加密安全技術(shù)的研究，采用芯片加密安全技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)飛控系統(tǒng)植入木馬的安全問題得到解決，避免了無人機(jī)飛控中法規(guī)監(jiān)管盲區(qū)存在導(dǎo)致的安全問題，從而提高了無人機(jī)的生存能力和作戰(zhàn)能力。

參考文獻(xiàn)

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[2] 曾令煒，王緒東，姚瑞.淺談民用無人機(jī)使用的安全問題及對(duì)策[J].治淮，2019（10）：54-55.

Review of? UAV Information Security Research

ZHANG Ji-yong

（Unit 91977， Beijing? 100036）

Abstract：With the advancement of technology and the reduction of costs， drones have been widely used and played an important role from military to industrial and civil fields， and they have been used in cruise， monitoring， shooting， detection， control， transportation， emergency rescue and other fields. Bring convenience to production and life. Based on the advantages of drones and the types of information security threats， this article proposes to upgrade the information security technology of drones， and to do a good job of preventing and controlling security threats such as drone communication software and sensor networks.

Key words：UAV; information security; security threat