前言：
攻擊GPS系統其實並不困難，
而美國缺乏對此的防範。
美國需要建立一個備份系統來
抵抗這種潛在的威脅
引子：
2016年8月5日，一架民航飛機即將在菲律賓酋都馬尼拉的尼諾伊·阿基諾國際機場降落 。此時，意想不到的情況發生了，飛行員向航空塔臺報告說：“我們的航班收不到 GPS (全球定位系統）信號，現在我們距離右24跑道還有8海里（約15千米)。”塔臺不得不要求飛行員用肉眼控制這部巨大的波音777-300飛機F降。高度緊張的機組人員最終成功降落，避免了空難的發生。
事實上，這起事件並非孤例。國際民用航空組織在 2016年7-8月收到了 50多宗關於GPS信號受到干擾的報告。在某些案例中，飛機只能馬上加速升空並在機場上 空環繞，試圖重新降落，這種突然爬空可能導致機組人員 對飛機失去控制。有一家安全諮詢公司曾指出，如今的航空需要無干擾的衛星定時定位導航系統。
近年來，美國四個主要機場發生的事故都是因爲突然 失去GPS導航信號引起的。根據美國航空航天局（NASA) 航空安全委員會的報告，最近有一架在美國愛達荷州降落 的客機差點撞上了山脈。一位警惕的航空管制員迅速介入 才阻止了空難的發生。安全分析專家和航空工程師在5開究 類似事件的相關數據後指出，事件的起因是有人對GPS 系統蓄意攻擊。
馬丁 •勞思（Martin Lauth)曾是航空交通管理員， 現任美國佛羅里達州安柏瑞德航空大學的航空交通管理副 教授。他表示，即使是最好的情況，當GPS信號受到干擾時， 飛行員也得重新規劃剩下的降落航程，這將導致航班明顯 延誤，讓機場和旅客遭受損失，嚴重情況下甚至需要關閉 整個機場。紐約機場的航班吞吐量相當大，若紐約機場的 GPS信號以及地面導航系統被黑客攻擊，那麼會有相當多 的飛機無處可去。跨海航班的情況將更嚴峻，因爲降落前 它們的燃油通常已經所剩無幾。
儘管對於我們而言，GPS主要是幫助我們找到去吃飯 或約會地點的路，但其實根據美國國土安全部（DHS)的 報告，GPS衛星羣的定時函數也有着舉足輕重的作用，16 個美國關鍵基礎設施部門中至少有13個依賴於它。手機移動網絡、股票交易、電網系統、應急服務等等都依賴於 GPS定時系統。相對於其重要性，GPS本身卻過於脆弱。這是因爲， 衛星的電波需要在太空和地球表面近20 000千米的距離內傳播，這導致了信號較弱且易被“截斷”，就像那起在馬尼拉發生的事件。
衛星信號也很容易被“篡改”：只要一個稍強的無線 電信號就能把它變成假訊號，使接收者錯以爲自己是在另 一個地方或另一個時刻，而這只需要用一個筆記本電腦發送無線電假信號。
然而某些關鍵基礎設施則無法容忍幾微秒的偏差，否 則可能會引起整個系統的完全癱瘓，造成災難性後果。美 國得克薩斯大學奧斯汀分校的航空航天工程學副教授託 德•漢弗萊斯（Todd Humphreys)與美國國家太空定 位、導航與計時諮詢委員會成員德納•高厄德（Dana Goward)，均表達了對惡意截斷或篡改GPS信號的擔憂。 如果這種攻擊得手，美國境內所有的電網、移動網絡、證 券交易、醫院、機場等都會在無法預警的情況下同時遭到毀滅性打擊！但與美國相比，有些國家卻不需要擔心這一問題，因爲這些國家會使用地面備份系統，從而可以切換到更難被幹擾的系統。而美國則一直沒有建成這種備份系統。目前 的平安無事讓美國國會議員們放鬆了警惕，當然了，如果出現了大規模的事故，他們自然會有所行動。這正如災難學家所說，美國政府似乎總是去防範過去已經發生過的災難，而無視未來可能出現的災難。
過分依賴
目前的GPS系統是由31顆人造衛星組成的，由美國 空軍的第二空間作戰中隊構建。爲了保持GPS的精確度， 該中隊通過4個從卡納維拉爾角到誇賈林環礁的天線網絡 紿衛星提供協調時間（UTC)，每當衛星經過上空時，天 線網絡就會向它發送信號，一天最多3次。結合衛星上放 置的原子鐘，並根據狹義相對論和廣義相對論的修正，衛 星的時間誤差可以控制在每天40納秒內。
每顆衛星會通過兩個不同頻率，不停地向地面發出二 進制數，其中一個頻率供美國軍方使用，需要密鑰才能破解；另一個頻率則是民用頻道，並沒有經過加密。兩種信號傳輸的都是數據包，裏面包含時間、傳輸時的衛星位置 以及其他衛星的軌道與狀態。我們手機裏的GPS接收器 則利用這些數據包內的數據，計算出各衛星與手機的距離， 進而得知自己所在的位置。爲了得到準確的位置，每個 含GPS接收器都至少要同時接收到4個衛星的信號，這也是 當你在曼哈頓較矮的大樓裏或威尼斯的狹窄小巷時會無法 使用GPS定位的原因—因爲你不能同時接收到4顆衛星的信號。
在這一工作機制下，黑客可以通過大量噪音來淹沒 GPS信號，從而實現對GPS接收器的信號截斷，或者通 過給予GPS接收器一個錯誤的座標與時間來篡改信號。
對於某些情況來說，只要其中一個GPS接收器搞錯了信息， 它就會將這個錯誤信息傳遍整個系統，造成整個系統的所有接收器的滯後甚至癱瘓。
現代社會對GPS非常依賴，因爲它是全球最精確同時免費的定時方法。在GPS構建出來之前，電網的操作 員們只能大致估計傳輸線上的負荷，非常低效；而現在， 他們可以用GPS定時系統，及時對當前的線路負荷需求 做出最優的響應。最開始，證券交易所爲了對時，必須掛 一個鐘在牆上。進入電腦時代後，美國的證券交易所開始 使用美國國家標準技術研究院（NIST)的定時系統，但也 並不精確。而今天的金融系統，從街角的ATM機到股票 交易所，都用GPS信號給每一筆交易蓋上一個時間戳從 而驗證轉賬，這讓零售商不再需要每天等到業務結束後才 開始傳輸自己的銷售數據。GPS的廣泛使用使得全球性的 超高速交易變得非常普遍。
移動手機網路也使用GPS完成數據打包、傳輸、解 壓信號包，並可以做到在使用者邊打電話邊走動時不中斷 信號，因爲手機可以切換信號來源，從一個信號塔切換到 另一個信號塔。在醫學上，GPS用來給電子醫療紀錄加時 間戳。電視網絡也會用GPS來保證廣告商們的廣告播放 在了正確的時間段。事實上，全球有超過20億的GPS設備正在使用。