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今年初め、米空軍がネバダ州ラスベガス南の基地でGPS信号を遮断すると発表したとき、米国西部の大部分が警戒された。この戦術は、毎年1か月にわたる軍事訓練中に行われたもので、航空交通の混乱を引き起こし、GPSの不安定により飛行ルートの変更が必要になる可能性があると通知には記載されている。空軍はGPSの妨害が年次演習の一環であったことを確認していないが、専門家は軍がGPS信号が不正確または存在しない状況で飛行するようパイロットを訓練していると考えている。このシナリオはますます一般的になっている。
現在地球の周りを周回している 31 基の衛星が民間および軍用の地上受信機に信号を送信し、基本的に時報を使用して位置情報に基づくデバイスや活動を実行し、世界中のネットワークを同期しています。 GPS コンステレーションと呼ばれる衛星は米国が所有し、空軍が運用しています。 1978 年以来、衛星は位置、ナビゲーション、タイミング機能を軍に提供しており、1980 年代には暗号化されていないバージョンが一般に利用できるようになりました。長年にわたり、GPS コンステレーションからの信号は、ナビゲーション、目標追跡、ミサイル誘導などの軍事用途に加えて、通信、正確な時間測定、重要なインフラ技術など、さまざまな用途にとって重要なものになってきました。
しかし、信号は本質的に弱いため、外部干渉の影響を受けやすくなります。宇宙天気から機械の故障、悪意のある行為者まで、あらゆるものが GPS に問題を引き起こす可能性があります。これには、信号のブロック (ジャミングと呼ばれます) や偽の信号の送信 (スプーフィングと呼ばれます) が含まれます。小さな干渉でも大きな頭痛の原因となる可能性があります。
たとえば、社用車を運転する男性は、上司に居場所を知られるのを防ぐために GPS 妨害装置を購入しましたが、ニュージャージー州のニューアーク空港近くを通過した際、妨害装置が航空管制システムへの信号の到達を妨げてしまいました。米国ではジャマーの販売と使用は違法ですが、オンラインで 50 ドル未満で購入でき、車両の位置をうまく隠すことができます。
2016 年 1 月、日常的な機器の切り替えにより、GPS コンステレーション衛星の半数で一連の 13 マイクロ秒のタイミング エラーが発生し、世界中のコンピューター、ネットワーク、タイミング デバイスに約 12 時間の混乱を引き起こしました。
米国政府は、GPS が重要インフラの単一障害点であると言及し、2004 年に米国運輸省に GPS のバックアップ機能を取得するよう求めました。しかし、代替案はまだ実現していません。
米国ドナルド・トランプ大統領は、2018年国防権限法に、米国国防総省、運輸省、国土安全保障省に対し、今後18か月以内にGPSバックアップ機能を実証することを義務付ける条項を盛り込むことで、冗長性の必要性を改めて強調した。
「定期的に妨害を受けている GPS 信号を保護するために連邦政府が行うと述べたすべてのことを行っていないのではないかと私たちは懸念していました」と Resilient Navigation and Timing Foundation (RNTF) の会長である Dana Goward 氏は言います。彼は 2013 年に GPS 信号の保護、強化、増強を目的とした非営利団体を設立しました。 「私たちが始めて以来、過去 5 年間で、GPS はますます妨害を受けてきました」と彼は述べています。
ゴワードと他の RNTF メンバーは、2004 年に GPS バックアップ機能の要求が出されて以来存在する国家宇宙測位・航法・タイミング (PNT) 諮問委員会のメンバーでもあります。
広範な GPS 障害が世界中の重要なインフラ部門にどれほど大きな影響を与えるかを正確に言うことは困難ですが、2016 年 1 月のブリップのような不具合は、どのシステムが影響を受けるかを予兆する可能性があるとゴワード氏は指摘しています。 「GPS信号の実装と使用は、当初は意図されていなかった非常に多くのさまざまな用途に広く普及しているため、起こるすべての悪いことと、それらが起こる順序を概説することは実際には不可能です」と彼は言う。 「しかし、私たちが知っていることがいくつかあります。」
テロリストが街の真ん中でスーツケースの中に隠した高性能GPS妨害装置を仕掛けたとします。おそらく交通機関が目に見えて影響を受ける最初のシステムとなり、大都市圏全体にすぐに影響を与える可能性があるとゴワード氏は言う。信号機の同期が失われ、GPS ベースのアプリが機能しなくなり、注意力散漫で危険な運転状況が生じます。飛行機やその他の大量輸送機関は、コースを維持できる人々との連絡を保つために速度を落とすかルートを変更する必要があります。荷物の配送ルートだけでなく、陸、海、空のサプライチェーンの運営も混乱します。 「あらゆる交通手段は、この地域での輸送能力を低下させることになるだろう」とゴワード氏は指摘する。
データ ネットワーク、金融活動、電力網、その他の公共事業を含む、GPS の完全に同期されたタイミングに依存する無数のシステムは、徐々に同期が失われ、システム障害を引き起こすことになります。
「ネットワークが崩壊し始めると、どの程度の連鎖的な障害が発生するかを予測するのは困難です」と Goward 氏は述べています。 「ネットワークは相互に依存しています。ネットワークは実際には非常に広大で非常に複雑なシステムであり、その構造は不明であり、知ることもできないかもしれません。」
GPS の不具合を防ぐことは多面的な課題です。 GPS 衛星自体はかなり回復力があり、推定動作寿命に応じて交替で交換されます。それでも、2016 年 1 月に発生したような機械的不具合が発生する可能性はあります。衛星から送信される信号は宇宙背景雑音よりもさらに弱く、機器をアップグレードしても強度は実質的に変わらないとゴワード氏は述べています。
「基本的な問題は基礎物理学です」とゴワード氏は言う。 「衛星は宇宙上空 12,500 マイルにあり、ソーラー パネルで電力を供給され、常に送信しています。太陽光発電を蓄えることができる他の衛星とは異なり、GPS 衛星は常に送信しなければなりません。衛星は常に非常に弱く、簡単に干渉されます。」
固有の弱点は、衛星から送信される GPS 信号を受信するために使用される機器です。信号を暗号化する携帯電話からネットワーク、軍用地上局に至るまで、あらゆる機器が使用されます。
「現在使用されているほとんどの GPS 受信機は、妨害やなりすましに対して非常に脆弱です」と Goward 氏は指摘します。 「アンテナとソフトウェアに関するテクノロジーは、妨害やスプーフィングの影響を大幅に軽減するために利用できますが、費用が少し余分にかかるため、ユーザーは、電話や IT ネットワークなどの重要なインフラストラクチャが関与してサポートされている場合でも、受信機やシステムに妨害妨害やスプーフィング対策の技術を組み込む意欲を感じません。」
RNTF は、GPS 受信機のセキュリティを向上させるためのガイダンスやベスト プラクティスを確立するために政府と協力しています。修正は比較的簡単ですが、指示されるか、GPS による危機が発生しない限り、ほとんどの企業がアップグレードを実行するかどうかは疑問だとゴワード氏は言います。 「重要なインフラストラクチャ アプリケーションについては、ユーザーに最新のジャミング対策およびスプーフィング技術の導入を提唱し、奨励し、おそらくは要求する政府の役割があると私たちは考えています。」
軍事レベルで暗号化された GPS 信号も妨害やなりすましから免除されるわけではありません。暗号化された信号のブロードキャストを制御する安全な地上システムと軍用グレードの受信機を使用することで、固有のレベルの保護が提供されますが、これは絶対確実ではなく、適切に使用された場合にのみ機能します。
「暗号化のせいで、現実問題として軍用受信機の使用がより困難になるため、ウォルマートで購入したGPS受信機を腕に縛り付けて軍用受信機の代わりに使用している、現場の軍人たちの写真を私たちは何度も見ていた」とゴワード氏は指摘する。暗号化された機器は鍵をかけた状態で保管される傾向があり、通常は扱いにくく、使用がさらに面倒になります。
2016年にイラン領海に米海軍艦艇が進入した悪名高き事件は、船員らが暗号化されていない受信機を使用し、イランが信号を偽装してイラン領土内に誘導できたことが原因ではないかと疑われている。また、いくつかの海外基地における米軍人の移動が、妨害やなりすましを必要とせずに、GPS ベースのフィットネス アプリ経由で追跡できるようになったことが見出しになりました。
米国国防総省 (DoD) は、軍用地上システムのアップグレードと、予定された耐用年数の終わりに近づいている現在の GPS コンステレーションの交換の真っ最中ですが、その取り組みは一連の挫折に直面しています。 GPS III と呼ばれる新世代の衛星は、なりすましや妨害に対する耐性が高く、他のグローバル ナビゲーション システムとの相互運用性を可能にする、より強力な信号を提供すると期待されています。しかし、米国会計検査院 (GAO) によると、新しい衛星の取得と配備のスケジュールがいくつかの障害にぶつかり、新しい機器の打ち上げが遅れているとのこと。
たとえば、2019 年に運用開始予定の最初に建造された GPS III 衛星には、下請け業者によって適切にテストされていないエネルギー貯蔵装置が含まれています。空軍は機器のテストに失敗したことを発見し、下請け業者に現在建設中の2号機と3号機から機器を撤去させたが、「1号機は受け入れ、問題のあるコンデンサーが取り付けられた状態で『そのまま』打ち上げることを決定した」とGAOは報じている。残りの GPS III 衛星は、現在の装置に代わって 2021 年までに打ち上げられ、運用される予定です。
アップグレードの 3 つのコンポーネント、新しい地上管制システム、GPS III 衛星、緊急時作戦プログラムは、今後 18 か月間で「数多くの課題」に直面すると予想される、と GAO は述べています。 「3 つのプログラムのいずれかが課題を解決できない場合、最初の GPS III 衛星の運用と衛星群の維持が遅れる可能性があります。」
一方、ゴワードとRNTFは政府に対し、より安全なGPS受信機技術を推進し、GPS信号が故障した場合ではなくバックアップ機能を構築するよう引き続き奨励している。
「連邦政府が GPS を保護するための中心的な責任を負っていないことを懸念しています」とゴワード氏は説明します。 「この責任と統治の欠如は、GPSの保護、強化、増強の失敗により国家が重大な損害を被るまで何も起こらないことを意味する可能性があります。」