Vulnerabilidades de Drones a Ataques de GPS

Veículos aéreos não tripulados (VANTs), ou Drones, viraram ferramentas importantes em várias áreas, como fotografia, busca e resgate, operações militares, agricultura e entrega de pacotes. Com o aumento do uso, manter eles seguros contra Ataques é uma preocupação gigante. Uma das ferramentas mais importantes que os drones usam é o Sistema de Posicionamento Global (GPS) para encontrar sua localização e navegar. Mas, os sistemas de GPS podem ser enganados ou bloqueados, o que pode levar a situações perigosas.

#O Problema com o GPS

Os sistemas de GPS geralmente são vulneráveis a ataques. Uma forma comum de ataque é conhecida como spoofing, onde um atacante envia sinais falsos de GPS para assumir o controle de um drone sem precisar mexer no seu software. Isso significa que eles podem manipular a posição do drone sem interferir diretamente no funcionamento interno.

Vários estudos mostraram como esses ataques de GPS podem afetar os VANTs. Na maioria dos casos, os ataques são fáceis de detectar, permitindo ações de recuperação para garantir a segurança. Por exemplo, se um detector de anomalias percebe que algo está errado, o drone pode pousar em segurança.

No entanto, alguns ataques são discretos, ou seja, passam despercebidos pelos sistemas normais. Isso dificulta muito a implementação de medidas de contra-ataque, já que a detecção costuma ser o primeiro passo para se proteger contra esses tipos de ataque.

#Como Funcionam os Ataques Discretos?

No mundo dos VANTs, um ataque discreto é aquele que não dispara alarmes ou alertas. A pesquisa atual muitas vezes foca em ataques que são mais fáceis de detectar e não considera situações onde um atacante pode permanecer escondido de todas as formas de Detecção de Anomalias.

A discrição nos ataques envolve permanecer indetectável enquanto ainda causa impactos significativos no desempenho do sistema. Estudos anteriores examinaram principalmente sistemas de controle lineares, mas os VANTs usam sistemas não lineares mais complexos, o que os torna diferentes e únicos.

Recentemente, algumas pesquisas começaram a olhar como ataques discretos podem afetar sistemas não lineares como os VANTs. Foi mostrado que, se um atacante souber certas informações sobre o sistema, pode causar danos sem ser detectado.

#Nosso Foco

Esse trabalho investiga como os VANTs podem ser atacados através de seus sistemas de GPS sem que o atacante precise saber nada sobre o funcionamento interno do drone. Descobrimos que é possível fazer um VANT desviar de seu caminho previsto apenas manipulando os dados do GPS, e que esses ataques podem passar despercebidos.

Nossa pesquisa demonstra que, se o sistema do VANT for gradativamente estável, é possível lançar ataques que permanecem discretos e levam a mudanças significativas na Trajetória do voo do drone.

#O Modelo de Sistema do VANT

O VANT opera com base em um modelo que descreve como ele se move e responde a entradas. Ele utiliza seu GPS e outros sensores como uma Unidade de Medição Inercial (IMU) para determinar sua posição e orientação no espaço.

O movimento do drone é guiado por um sistema de controle que pega informações desses sensores e ajusta seu percurso de voo de acordo. Técnicas de fusão de sensores combinam os dados do GPS e IMU para fornecer as leituras mais precisas possíveis.

Para garantir que o VANT opere de forma segura e correta, é necessário controlá-lo com precisão. Isso é feito com um controlador de feedback que faz ajustes continuamente com base nos dados dos sensores.

#O Modelo de Ataque

Para nosso estudo, assumimos um ataque direcionado ao sensor de GPS. Esse tipo de ataque pode ser realizado sem acessar diretamente o próprio drone. Um atacante pode introduzir dados falsos nas medições do sensor de GPS, que serão usados pelo controlador do drone.

Nossa abordagem assume que o atacante não precisa conhecer o funcionamento interno do VANT ou como o sistema de controle opera. Em vez disso, ele pode simplesmente gerar informações falsas que confundem o drone, fazendo-o pensar que está em uma posição diferente.

Ao enviar sinais falsos de GPS, o atacante pretende influenciar a posição do drone garantindo que quaisquer medidas de contra-ataque em vigor não detectem o ataque.

#Detecção de Anomalias

Um detector de anomalias é um sistema que analisa dados de sensores para identificar comportamentos ou ataques incomuns. Ele olha os dados dos sensores de GPS e IMU para determinar se a aeronave está funcionando corretamente.

O detector usa um método de teste de hipóteses para descobrir se as medições recebidas são normais ou se há algo errado. Se encontrar algo incomum, pode acionar ações para proteger o drone, como pousá-lo em segurança.

Para que um ataque discreto seja bem-sucedido, o atacante deve garantir que os dados enviados pareçam normais o suficiente para que o sistema de detecção de anomalias não perceba nada errado.

#O Objetivo do Ataque

O objetivo de um atacante é perturbar o caminho de voo normal do VANT enganando-o para mudar sua trajetória. Eles pretendem fazer o drone desviar significativamente de seu curso pretendido sem ser detectado pelos sistemas de segurança.

Para ser considerado bem-sucedido, o ataque precisa ser discreto, o que significa que o sistema de detecção não reconhece os dados falsos sendo alimentados no drone. Se o atacante conseguir isso, pode controlar o VANT sem chamar atenção.

#Condições para Ataques Bem-sucedidos

Para que um VANT seja vulnerável a esses ataques discretos, certas condições precisam ser atendidas. O sistema de controle que governa o voo do drone deve garantir que, mesmo pequenas desvios possam levar a discrepâncias maiores com o tempo.

Se o sistema estiver configurado de uma maneira que permite estabilidade incremental, isso significa que a ameaça de um ataque discreto se torna ainda mais significativa. A combinação do design do VANT e a natureza dos ataques pode criar um cenário em que surgem problemas de controle significativos sem nenhum aviso.

#Simulação de Cenários de Ataque

Em nosso estudo, realizamos simulações para ver o que aconteceria em um cenário real. Modelamos como o VANT operaria sob diferentes condições, ilustrando seu caminho de voo com e sem ataques.

Os resultados mostram que, quando um ataque acontece, o drone desvia significativamente de seu plano de voo pretendido. Enquanto isso, os dados da fusão de sensores ainda indicam operação normal, demonstrando a discrição do ataque.

#Conclusão

Resumindo, nossa pesquisa revela as vulnerabilidades dos VANTs a ataques discretos focados em GPS. Mostramos como atacantes podem manipular a trajetória de um drone enquanto permanecem escondidos de sistemas de detecção de anomalias. Focando apenas no sensor de GPS, o ataque pode passar despercebido enquanto causa perturbações significativas no voo do drone.

Enquanto a tecnologia dos VANTs continua avançando, garantir a segurança desses sistemas contra vários tipos de ataques deve ser uma prioridade. Entender como esses ataques podem ocorrer e desenvolver melhores métodos de detecção e prevenção é vital para melhorar a segurança e confiabilidade das operações dos VANTs.