PNT攻防最前線
驗證未來GNSS系統抵禦未知與
進化型威脅的深度測試策略

定位、導航與授時（PNT）資訊的可靠性與完整性，已成為維繫現代社會高效運作與國家安全的隱形生命線，從關鍵基礎設施的精準同步、國防軍事的戰略部署、航空航海的安全引導，到自動駕駛的即時決策，無一不深度依賴全球導航衛星系統（GNSS）提供的時空基準；然而，這份依賴也使GNSS成為各種潛在攻擊的焦點；傳統的射頻干擾（Jamming）與初級訊號欺騙（Spoofing）已是眾所周知的威脅，但真正的挑戰在於，PNT的「攻防戰場」正在不斷進化。

未來，GNSS系統將面臨更為隱蔽、智慧、甚至協同的未知與進化型威脅，這些威脅可能源於人工智慧（AI）驅動的自適應干擾波形、針對現代化GNSS新訊號（如GPS L1C/L5, Galileo E6 HAS, OSNMA認證機制）特定脆弱性的精密攻擊、多點協同欺騙網路，乃至對多感測器融合PNT系統的跨域攻擊；面對這些「道高一尺，魔高一丈」的潛在風險，傳統的、基於已知威脅模型的測試方法已顯不足；我們亟需一套更前瞻、深度、且具備探索性的測試策略與技術平台，以主動驗證未來GNSS系統在未知與進化型威脅下的生存能力與強韌性；本文將深入探討這一PNT安全的攻防最前線，並闡述如何利用尖端測試工具來構建面向未來的PNT安全「試煉場」。

PNT威脅的進化論－從已知干擾到未知智能攻擊的深層恐懼

已知GNSS威脅的回顧與現有防禦機制：我們站在哪裡？

在探討未知威脅之前，必須清晰認知已廣泛研究的GNSS威脅及其對應的防禦手段：

• 傳統射頻干擾（Jamming）：
  從簡單的連續波（CW）干擾、掃頻干擾，到脈衝干擾和寬頻雜訊壓制，對抗手段主要依賴接收機的自動增益控制（AGC）調整、數位濾波、窄頻抑制、以及抗干擾天線技術（如控零天線陣列CRPA）。
• 初級訊號欺騙（Spoofing）：
  主要是重播攻擊（Meaconing），即記錄真實GNSS訊號並在不同時間或地點重播，防禦手段包括接收機自主完整性監測（RAIM）、多普勒/功率/到達角等訊號特性異常檢測、以及與INS等輔助感測器的數據一致性校驗。

然而，這些已知威脅的攻防手段相對成熟，真正的挑戰來自於那些更精密、更難以預測的進化型威脅。

浮現中的PNT安全新威脅與進化趨勢：魔高一丈的挑戰

PNT安全的威脅態勢正在經歷深刻變革，呈現以下進化趨勢：

• 智慧型/自適應干擾（Intelligent/Adaptive Jamming）：
  干擾器不再是固定模式，而是能夠感知周圍電磁環境或接收機的抗干擾措施，並即時調整其干擾策略（如跳頻、改變波形、針對特定通道進行阻塞），使得傳統的靜態抗干擾技術效果大減。
• 高階協同欺騙（Sophisticated Coordinated Spoofing）：
  利用多個精密同步的欺騙訊號發射源，在一個區域內構建一個高度逼真但完全錯誤的PNT「虛擬實境」，這種攻擊能夠平滑地「拖曳」大量接收機的PNT解算結果，且難以被單點接收機的傳統完整性監測演算法所察覺。
• 針對現代化GNSS訊號與增強服務的攻擊：
  • 新訊號結構的脆弱性利用：
    隨著GPS L1C/L2C/L5、Galileo E1/E5/E6、BeiDou B1C/B2a/B3I等現代化訊號的普及，攻擊者也在研究其新的潛在脆弱點（如特定的碼元結構、導航電文格式等）。
  • 訊號認證機制（如OSNMA, Chimera）的破解與繞過：
    針對這些目的在提供訊號來源可信度的機制，攻擊者可能會嘗試偽造認證標籤、或利用協定漏洞進行攻擊。
  • 增強服務（SBAS, PPP, RTK）數據鏈路的攻擊：
    篡改或偽造差分校正數據、精密星曆時脈偏差產品，間接影響高精度定位結果。
• 數據層攻擊與導航電文篡改：
  直接在數位域對GNSS導航電文的關鍵參數（如衛星健康狀態、時間參數、軌道參數）進行惡意修改，或注入錯誤資訊，影響接收機的PNT解算。
• AI驅動的攻擊波形設計與策略優化：利用機器學習演算法，自動產生針對特定接收機或抗干擾技術的最佳攻擊波形或干擾策略，實現「量身定制」的威脅。
• 針對多感測器融合PNT系統的跨域攻擊：
  攻擊不再局限於GNSS本身，而是可能同時針對融合系統中的其他感測器（如偽造IMU數據、攻擊視覺里程計的特徵點識別）或直接攻擊數據融合演算法的邏輯漏洞，以達到誤導整個PNT系統的目的。

「未知威脅」的挑戰：如何測試「不可預知」的「黑天鵝」事件？

面對這些未知和不斷進化的威脅，傳統的、基於已知威脅庫的測試方法顯然不夠，核心挑戰在於：

• 缺乏先驗知識：
  對於尚未出現或未被充分理解的攻擊手段，難以設計針對性的測試案例。
• 測試空間的無限性：
  潛在的攻擊向量和參數組合幾乎是無限的，無法窮舉。
• 測試平台的靈活性與智慧化要求：
  需要測試平台不僅能模擬已知威脅，更能支援探索性測試、模糊測試（Fuzzing）、紅隊演練（Red Teaming），並具備一定的自適應威脅產生能力。

未來GNSS系統應對進化型威脅的深度測試技術與策略

前瞻PNT防禦的「磨刀石」－深度測試策略與技術實踐的「煉金術」

要鑄造能夠抵禦未來未知與進化型威脅的PNT「堅盾」，測試策略本身必須進化，從被動的符合性驗證轉向主動的、探索性的、以威脅為驅動的深度安全驗證，這需要在實驗室中構建一個能夠模擬「道高一尺，魔高一丈」的動態攻防演練場。

可程式化與自適應威脅產生：在實驗室中模擬未知的「數位假想敵」

核心挑戰在於如何模擬那些尚未被完全定義或正在演化中的威脅。這要求測試平台具備高度的靈活性與可程式化能力：

• 基於SDR的威脅波形靈活定義與產生：
  利用軟體定義無線電（SDR）的原理，測試系統（例如基於Averna AST-1000的設計理念，或GNSS導航干擾模擬系統的底層SDR引擎）應允許使用者透過腳本、高階語言或專用波形編輯工具，設計和產生高度客製化的、非標準的、甚至理論上推導出的新型干擾或欺騙訊號波形；這對於研究訊號級的細微脆弱性或模擬AI產生的自適應干擾波形至關重要。
• 動態、閉環、智慧化的威脅注入策略：
  未來的威脅模擬器，如更先進的NavTD-M23導航威脅偵測/模擬器或GNSS導航干擾模擬系統，可能需要整合一定的「智慧」；例如，根據待測接收機的即時響應（如其抗干擾演算法的啟動、頻譜感知結果等）來動態調整干擾訊號的參數（功率、頻率、波形），形成一個閉環的、自適應的威脅注入過程，以最高效的方式探索接收機的防禦邊界。

先進的GNSS威脅模擬系統（如CAST的解決方案）透過其可程式化的干擾與欺騙訊號產生引擎，以及與GNSS主訊號的精密同步疊加能力，構建了驗證PNT韌性的核心測試環境。

 

如NavTD-M23這樣的導航威脅測試設備，其設計目標應涵蓋對已知和潛在新型威脅的模擬與分析能力，是PNT攻防演練中的關鍵角色。

現代化GNSS訊號與認證機制的深度安全驗證：「魔鬼藏在細節裡」

隨著GPS L1C/L5、Galileo OSNMA、BeiDou B1C/B2a等現代化訊號及其內建的訊號認證機制的逐步部署，針對這些新特性進行深度安全驗證變得尤為重要：

• 高傳真模擬新訊號的每一位元：
  利用如XPLORA Pro、CAST 1000、CSAT-GNSS等高階GNSS模擬器，精確產生包含完整導航電文（CNAV, I/NAV等）、測距碼（如Weil碼, Memory Code）、以及可能的認證欄位（如OSNMA的MAC標籤）的現代化訊號。
• 針對認證協定的攻擊模擬：
  模擬對OSNMA等認證協定的潛在攻擊，如延遲攻擊、偽造金鑰攻擊、選擇性密文攻擊等，驗證接收機對認證資訊的解析、驗證流程的穩健性以及對偽造認證的辨識能力。
• 新訊號結構脆弱性探索：
  研究並模擬針對新訊號特有結構（如Pilot與Data分量的關係、副載波特性等）的潛在干擾或欺騙方法。

一套完整的即時GNSS訊號模擬解決方案，例如基於XPLORA或CAST平台的系統，必須能夠精確產生和控制現代化GNSS訊號的每一個細節，包括其內嵌的安全特性，以支援深度的PNT安全驗證。
 

複雜電磁環境與通道效應疊加測試：在「雜訊」中尋找「真相」

真實世界中的PNT威脅往往不是孤立存在的，而是與複雜的RF傳播效應（多路徑、衰落、遮蔽）以及其他無線電系統的互擾交織在一起；因此，需要在注入干擾/欺騙訊號的同時，疊加逼真的通道模型：

• 利用ACE Client進階通道模擬器或ACE9600，將來自GNSS模擬器和干擾/欺騙模擬器的訊號共同通過一個統一的、動態的、空間相關的通道模型進行處理，然後再饋入待測接收機。這能更真實地評估接收機在「訊號差、干擾強」的雙重壓力下的表現。

實際場域威脅數據的捕獲、分析與實驗室重現：「他山之石，可以攻玉」

實驗室模擬的威脅場景需要不斷從真實世界中汲取「養分」：

• 利用GIDAS系列干擾偵測與分析系統或XPLORA-Trace GNSS記錄與分析方案在全球不同地點、不同電磁環境下進行長期頻譜監測與異常訊號捕捉，建立真實世界的PNT威脅事件數據庫。
• 對於捕捉到的新型或未知干擾/欺騙特徵，利用寬頻RF記錄與回放系統（如Averna RP-6500）將其高保真記錄下來，並在實驗室中精確回放，用於接收機的針對性測試、抗性演算法的開發以及新型威脅模型的建立。

GIDAS系列提供的多形態干擾偵測與分析解決方案，是構建全球PNT威脅態勢感知網絡、捕捉真實世界「未知威脅」樣本的重要手段。

多感測器融合PNT系統的跨域安全測試：防禦體系的「整體韌性」

未來的PNT系統越來越依賴多感測器融合（GNSS+INS+視覺+光達等）來提升整體效能與穩健性，針對這類系統的安全測試，不能僅僅局限於GNSS部分：

• 利用CAST GNSS/INS即時模擬平台並結合Hexapod六軸運動平台，可以在模擬GNSS受攻擊的同時，觀察融合系統如何依賴INS或其他感測器進行PNT解算，並評估其故障偵測、隔離與恢復（FDIR）機制。
• 更進一步，需要探索和模擬針對融合系統中其他感測器（如偽造IMU數據、對視覺SLAM的對抗性攻擊）或直接攻擊數據融合中心的跨域協同攻擊，以全面評估整個PNT系統的整體安全韌性。

在PNT攻防測試中，CAST GNSS/INS即時模擬平台可用於驗證當GNSS遭受攻擊時，INS及融合演算法能否提供可靠的備份與過渡方案，保障PNT輸出的連續性與完整性。

PNT安全的未來－道阻且長，行則將至，以終極測試鑄就堅不可摧的時空基石

PNT安全的攻防是一場永無止境的競賽，隨著我們對PNT服務的依賴日益加深，潛在的攻擊者也在不斷尋找新的突破口，其手段也必將更加隱蔽、智慧和多樣化，確保未來GNSS系統能夠抵禦這些未知與進化型威脅，不僅僅是技術上的挑戰，更是保障國家安全、經濟發展和社會穩定的戰略需求。

本文所闡述的深度測試策略，核心在於從「已知」走向「未知」，從「被動響應」走向「主動防禦」，這需要我們構建一個能夠模擬從現代化GNSS訊號的細微特性（由XPLORA Pro、CAST 1000、CSAT-GNSS等精確模擬）及其在複雜通道中的傳播（由ACE Client細膩重現），到高度可程式化、自適應的惡意電磁攻擊（由GNSS導航干擾模擬系統與NavTD-M23等靈活產生）的全維度、高傳真測試環境；同時，結合真實世界威脅數據的持續反饋（透過GIDAS系列與RP-6500的捕捉與分析），以及對多感測器融合系統跨域韌性的全面考驗（如CAST GNSS/INS平台與Hexapod的協同應用），才能真正做到「魔高一尺，道高一丈」。

展望未來，AI與機器學習將在PNT攻防的兩端都扮演更核心的角色——既可能被用於設計更難以防禦的智慧型攻擊，也必將被用於開發更強大的威脅偵測、識別與自適應反制演算法；量子技術的發展（如量子雷達、量子陀螺儀、量子密鑰分發）也可能為未來的PNT安全帶來顛覆性的變革；測試方法學必須緊跟這些前沿趨勢，例如發展針對AI驅動威脅的測試場景、以及驗證基於量子增強的PNT系統的安全性；國際合作與標準化在PNT威脅情報共享和測試規範制定方面也將至關重要。

守護PNT的未來，是一項任重道遠的使命，奧創系統 站在PNT攻防的最前線，致力於為全球客戶提供最尖端、最全面的PNT安全測試與驗證解決方案，我們深知，只有透過最嚴苛、最貼近實戰、甚至超越實戰的測試，才能鑄就真正安全可靠的PNT系統；憑藉我們在GNSS訊號模擬、RF環境仿真、干擾與欺騙技術、以及多感測器融合測試領域的深厚積累與完整產品生態（涵蓋XPLORA、CAST、ACE、GIDAS、NavTD等系列），奧創系統有能力協助您構建世界一流的PNT安全測試實驗室，共同應對未來PNT領域的未知挑戰，確保我們所依賴的時空基準堅不可摧。

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