資訊科技

無人飛機駭處多

無人飛機將用於偵察森林大火或送快遞包裹,但是在操控上處處漏洞,用簡單的技術與設備便能輕易駭入。

撰文/魏森(Kyle Wesson)、韓福瑞(Todd Humphreys)
翻譯/周坤毅

資訊科技

無人飛機駭處多

無人飛機將用於偵察森林大火或送快遞包裹,但是在操控上處處漏洞,用簡單的技術與設備便能輕易駭入。

撰文/魏森(Kyle Wesson)、韓福瑞(Todd Humphreys)
翻譯/周坤毅

重點提要

■到了2020年,將有超過一萬架無人飛機翱翔在美國領空,執行搜救、高壓電纜檢查、科學研究與其他任務,可省下僱用機師駕駛飛機的大筆費用。
■美國領空上的大量無人飛機將帶來複雜的安全挑戰,但管理機構尚未做好準備。美國聯邦航空總署得從預防兩架飛機在空中相撞的傳統角色,延伸到確保無人飛機不受駭客攻擊。
■我們必須發展適當科技,確保用於導引與控制無人飛機的無線電訊號,能抵擋駭客攻擊或干擾裝置,以免無人飛機被匪徒挾持做為恐怖攻擊的武器。

2010年8月2日,一架迷航的美國海軍直升機誤闖華府上空高度戒備的禁航區。這起事件原本可能只是雷根華盛頓國家機場航管人員的一筆記錄,但其中有個環節令人不安:這架直升機上沒有駕駛員。機艙上既沒有窗戶,駕駛艙內除了電子儀器外什麼都沒有,因為這是一架無人飛機。

MQ-8B火力偵察兵(Fire Scout)是重達1429公斤、長9.7公尺的無人飛機。調查人員發現它當時發生了「軟體問題」,使得與地面操作員之間的通訊鏈被切斷了。位於馬里蘭州帕圖克辛河海軍航空基地的操作員,只能坐在地面控制室內,一籌莫展。更糟的是,無人飛機沒有自動強制執行飛回基地的指令。因此這架原本在軍艦上用來執行偵察任務的火力偵察兵便闖入了美國空軍一號在安德魯空軍基地起降所用的空域。

經過如坐針氈的30分鐘後,操作員終於恢復通訊鏈並取回控制權。事後有位海軍官員試圖替這起事件打圓場,稱讚無人飛機的性能優異,例如在迷航過程中,自動駕駛系統仍保持飛機水平、直線飛行。

火力偵察兵的迷航事件揭露了無人飛機面臨著巨大的安全挑戰,原本屬於偵察與武器系統的無人飛,即將開始執行各種和平任務。美國聯邦航空總署(FAA)估計,到了2020年,將有超過一萬架無人飛機翱翔在美國領空。無人飛機很快將用於搜救、噴灑農藥、檢查高壓電纜、科學研究與其他各項任務。

無人飛機的優勢十分明顯。由於不再需要駕駛,也不乘載機組員或乘客,商用無人飛機將能省下大筆費用。光是僱用機師駕駛飛機完成檢查一組高壓電纜所需的租金,便足以讓電力公司買下整套無人飛機系統,可在未來幾年內執行相同的任務。無人飛機的魅力也引起美國最大企業的注意:聯邦快遞的創辦人兼執行長史密斯(Frederick W. Smith)便提過,可用無人飛機取代該公司的貨運機隊。

美國國會也體認商用無人飛機時代的來臨是必然趨勢。2012年2月,國會通過FAA現代化與改革法案,要求該署在2015年前規劃一套完整方案,將民用無人飛機系統安全地納入美國領空。

然而負責這群無人飛機的管理機構很難及時完成準備。FAA的傳統任務是確保兩架波音737能在空中保持安全距離,並應付變幻無常的惡劣天氣,但無人飛機遠遠超出這些責任範圍。儘管在911事件後,FAA的業務大幅增加,以應付飛安問題(例如負責監督駕駛艙加裝強化安全門),但光靠現有的貧乏裝備,根本無法應付數量龐大的無人飛機機群。

駭入關鍵通訊

最大的挑戰是如何確保無人飛機的無線通訊鏈。想要操控無人飛機上升、下降、橫移或前進,需要三條主要通訊鏈:來自GPS衛星的導航訊號、把本機所在位置告知其他飛機的訊號,以及地面人員與無人飛機之間的雙向控制鏈。只要阻斷這三條通訊鏈中的任何一條,便會釀成大禍,但現有科技尚無法確保這些通訊鏈。

GPS是無人飛機導航系統的核心,負責串起慣性導引感應器、磁力儀、高度計甚至攝影機。由於GPS在任何氣候條件下都能保持極高的精確度,因此成為所有導航套件中最重要的關鍵。民用GPS訊號不像軍用GPS般經過加密,免費開放給所有人。廣泛應用於智慧型手機與運動手錶的民用GPS非常受歡迎,但缺乏任何認證程序而藏有危險的安全漏洞。只要透過稱為「電子欺騙」的攻擊手法,便能用假訊號輕易取代真正的GPS訊號。

2012年6月,我們實驗室在新墨西哥州的白沙飛彈試射場展示GPS電子欺騙如何利用無人飛機的安全漏洞。我們在距離約半公里處,利用欺騙裝置控制價值八萬美元的無人飛機。我們的自製裝置偽造出幾乎完美的衛星訊號,傳送假座標資料給無人飛機。在無法分辨訊號真偽的狀況下,無人飛機選擇了訊號強度較強的假訊號。

一旦被騙後,無人飛機將從欺騙裝置獲取座標資料。如果假訊號告知無人飛機正在垂直上升,機上的自動導航系統會盡職地將飛機下降以維持預設飛行高度。由於無人飛機基於假座標資料來調整位置,因此它實際上是朝地面垂直下墜。直到操作員介入,解除被騙的自動導航系統並改用手動控制,無人飛機才免於墜毀的命運。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2013年第142期12月號】