Models and methods for protecting an autonomous differential correction system for global navigation sat-ellite systems against cyber threats
DOI:
https://doi.org/10.30837/rt.2025.1.220.05Keywords:
GPS jamming, GNSS, information and communication system, QRNG, cyberattack, cybersecurity, GPS, Differential GNSS, GPS spoofing, IDS, IPSAbstract
Ensuring stable, accurate, and secure satellite navigation requires not only investment in cybersecurity systems for Global Navigation Satellite Systems (GNSS), but also continuous research into emerging cyber threats, as well as finding effective methods to neutralize them, particularly in the post-quantum era. Among the key protection mechanisms, the following should be highlighted: secure signal transmission protocols that prevent data interception and tampering; authentication mechanisms that enable the identification of legitimate satellite signals; anti-spoofing technologies that detect and neutralize attempts to manipulate navigation data; and protection technologies for the information and communication systems of autonomous differential correction systems to ensure the confidentiality, integrity, and availability of GNSS data.
The research results obtained in this work and the proposed security measures may serve as a foundation for the development of a national system for coordinate, time, and navigation support in Ukraine. The adoption of appropriate legislation and standards will help to ensure the cyber resilience of navigation systems and support their integration into the European satellite infrastructure.
References
F. T. McClure and R. B. Kershner. The Legacy of Transit: A Dedication // JOHNS HOPKINS APL TECHNICAL DIGEST, vol. 19, no. 1, 1998. URL: https://secwww.jhuapl.edu/techdigest/content/techdigest/pdf/V19-N01/19-01-Pisacane.pdf
Department of Defense. Department of Transportation and Department of Homeland Security, 2021 Federal Radionavigation Plan. URL:https://www.navcen.uscg.gov/sites/default/files/pdf/2021_ Fed-eral_Rdionavigation_Plan.pdf
V. Vdovin. National Reference Systems of the Russian Federation, used in GLONASS including the user and fundamental segments, 2013. URL: https://www.unoosa.org/pdf/icg/2013/icg-8/wgD/D3_3_2.pdf
Redactie De Ingenieur. After 13 years, Galileo satellite navigation complete at last, 2018. URL:https://deingenieur.nl/artikelen/after-13-years-galileo-satellite-navigation-complete-at-last
J.A. Ávila Rodríguez. University FAF Munich, Germany. BeiDou Signal Plan – Navipedia.
URL: https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/BeiDou_Signal_Plan.
K.S. Parikh, Deputy Director. IRNSS / GAGAN and its Potential Applications.
N. S. P. S. C. O. Kenji NUMATA Government of Japan // QZSS System and service Updates. Quasi-Zenith Satellite System, Japanese Regional Navigation Satellite System. URL: https://www.unoosa.org/documents/pdf/icg/2023/ICG-17/icg17.01.06.pdf
Greg Thompson. Wide Area Augmentation System (WAAS) – Program Overview. URL: https://www.faa.gov/sites/faa.gov/files/about/office_org/headquarters_offices/ato/WAAS_Program_Status_Update_Jun_2021.pdf
European Union Agency for the Space Programme // EUSPA EO and GNSS Market Report. 2024. Iss. 2. LU: Publications Office, 2024. URL: https://data.europa.eu/doi/10.2878/73092
J. Siu. Global Navigation Satellite System Overview and Support for PBN Implementation. URL: https://www.icao.int/nacc/documents/meetings/2012/pbngnss2012workshop/pbngnss2-1.pdf
Galileo HAS: точність в режимі реального часу – SystemNET – ‘Систем Cолюшнс’. URL: https://systemnet.com.ua/galileo-has-tochnist-v-rezhymi-realnoho-chasu/
Про критичну інфраструктуру // Офіційний вебпортал парламенту України. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/1882-20
Westbrook T. A. Taxonomy of Radio Frequency Jamming and Spoofing Strategies and Criminal Motives // Journal of Strategic Security. 2023. Vol. 16, no. 2. P. 68–80. DOI: https://doi.org/10.5038/1944-0472.16.2.2081.
Westbrook T. The Global Positioning System and Military Jamming: The geographies of electronic warfare // Journal of Strategic Security. Vol. 12, № 2. P. 1–16. DOI:10.5038/1944-0472.12.2.1720.
Навігаційні ризики в аспекті кібербезпеки транспортних суден і війсьових кораблів // ResearchGate, 2024. doi: 10.51582/interconf.19-20.08.2022.037.
Litvinov N. GPS та його значення у сучасних військових конфліктах // Universe Space Tech. 2022. URL: https://universemagazine.com/borotba-za-koordynaty-globalni-navigaczijni-systemy-ta-yih-znachennya-u-suchasnyh-vijskovyh-konfliktah/
Garmin outage caused by confirmed WastedLocker ransomware attack. BleepingComputer. URL: https://www.bleepingcomputer.com/news/security/garmin-outage-caused-by-confirmed-wastedlocker-ransomware-attack/
KA-SAT Network cyber attack overview. viasat.com. 30.03.2022.
URL: https://news.viasat.com/blog/corporate/ka-sat-network-cyber-attack-overview
Kauranen A. Finland detects satellite navigation jamming and spoofing in Baltic Sea, Reuters, 31, 2024. URL: https://www.reuters.com/world/europe/finland-detects-satellite-navigation-jamming-spoofing-baltic-sea-2024-10-31/
Розпорядження Кабінету Міністрів України; Концепція від 03.01.2013 № 1-р. Про схвалення Концепції проєкту Закону України “Про державне регулювання у сфері супутникової навігації”// Офіційний вебпортал парламенту України. Розпорядження Кабінету Міністрів України; Концепція від 03.01.2013 № 1-р. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1-2013-%D1%80#Text.
Розпорядження Кабінету Міністрів України; Концепція від 30.03.2011 № 238-р. Про схвалення Концепції реалізації державної політики у сфері космічної діяльності на період до 2032 р. // Офіційний вебпортал парламенту України. Розпорядження Кабінету Міністрів України; Концепція від 30.03.2011 № 238-р. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/238-2011-%D1%80#Text.
European Commission. Copernicus: new name for European Earth Observation Programme. URL: https://ec.europa.eu/commission/presscorner/api/files/document/print/en/ip_12_1345/IP_12_1345_EN.pdf
MS4_GEO Strategic Plan 2016-2025 Implementing GEOSS_approved_by_GEO-XII.pdf. URL: https://old.earthobservations.org/documents/ministerial/mexico_city/MS4_GEO%20Strategic%20Plan%202016-2025%20Implementing%20GEOSS_approved_by_GEO-XII.pdf
Офіційний портал Верховної Ради України. Проєкт Закону України “Про державне регулювання у сфері супутникової навігації” № 10198 від 29.03.2019.
URL: https://ips.ligazakon.net/document/view/gh7va00a?an=15&ed=2019_03_29
Закон України від 05.07.1994 № 80/94-ВР. Про захист інформації в інформаційно-комунікаційних сис-темах // Офіційний вебпортал парламенту України. Закон України від 05.07.1994 № 80/94-ВР. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/80/94-%D0%B2%D1%80
Офіційний вебпортал парламенту України. Постанова Кабінету Міністрів України ; Перелік від 07.04.2003 № 486. Про утворення державної мережі моніторингу глобальних навігаційних супутникових сис-тем. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/486-2003-%D0%BF#Text"
Офіційний вебпортал парламенту України. Закон України від 16.12.2020 № 1089-IX. Про електронні комунікації. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/1089-20#Text.
Проєкт Закону України від 30.09.2021 № 6129. Про затвердження Загальнодержавної цільової науко-во-технічної космічної програми на 2021–2025 роки. № 6129 від 04.10.2021. URL: https://itd.rada.gov.ua/billinfo/Bills/Card/27922
Mustafaiev O. V. Modern technologies of protection against gps spoofing in navigation systems // Scientific notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: Technical Sciences. 2024. Vol. 1, 5. P. 58–61. DOI: 10.32782/2663-5941/2024.5.1/10.
Вадіс Д., Аврутов В. Методи підвищення функціональної ефективності БПЛА // Механіка гіроскопіч-них систем. 2024. Вип. 48. DOI: 10.20535/0203-3771482024317891.
Narytnik T., Prysiazhnyi V., Kapshtyk S., Denysenko M., Narushkevych O. Improvement of the gps signal receiving resistance against electromagnetic interference, jamming, and spoofing is based on the use of the antenna
array system with digital beamforming and NORAD TLE information. 2022.
URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/54188
Spanghero M., Papadimitratos P. Time-based GNSS attack detection // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2024. P. 1–18. DOI:10.1109/TAES.2024.3516708.
Motallebighomi M., Sathaye H., Singh M. et al. Cryptography Is Not Enough: Relay Attacks on Authenti-cated GNSS Signals. arXiv, 2022. DOI:10.48550/arXiv.2204.11641.
Солдатов В. В., Нарєжній О. П., Гріненко Т. О. Модифікація ntp сервера часу системи диференціальної корекції відповідно до схеми ANSI X9.95. Український метрологічний журнал // Ukrainian Metrological Journal. № 3A. С. 98–102. DOI:10.24027/2306-7039.3a.2020.218165.
Psiaki M. L., Humphreys T. E. GNSS Spoofing and Detection // Proceedings of the IEEE. Vol. 104, № 6. P. 1258–1270. DOI:10.1109/JPROC.2016.2526658.
Ghizzo E., Djelloul E.-M., Lesouple J. та ін. Assessing jamming and spoofing impacts on GNSS receivers: Automatic gain control (AGC) // Signal Processing. Vol. 228, 03.2025. P. 109762. DOI:10.1016/j.sigpro.2024.109762.
Johnson Singh K., De T. and. Mathematical modelling of DDoS attack and detection using correlation // Journal of Cyber Security Technology. Vol. 1, Issue 3–4. P. 175–186. DOI:10.1080/23742917.2017.1384213.
Seddighighachkanloo, Morteza. RBDs and Analytical System Reliability Series Systems. ResearchGate. URL: ttps://www.researchgate.net/publication/278678509_RBDs_and_Analytical_System_Reliability_Series_Systems
Barlow R. Heidtmann Klaus. Computing k-out-of-n System Reliability. ResearchGate. DOI:10.1109/TR.1984.5221843.
European Union. Galileo E6-B/C Codes Technical Note // European Union. 2019. Vol. 1. URL: https://www.gsc-europa.eu/sites/default/files/sites/all/files/E6BC_SIS_Technical_Note.pdf
O’Keefe B. Finding Location with Time of Arrival and Time Difference of Arrival Techniques. URL: https://sites.tufts.edu/eeseniordesignhandbook/files/2017/05/FireBrick_OKeefe_F1.pdf
Li S., Mikhaylov M., Mikhaylov N. et al. Deep Learning Based Kalman Filter for GNSS/INS Integration: Neural Network Architecture and Feature Selection // 2023 International Conference on Localization and GNSS (ICL-GNSS). 2023. P. 1–7. DOI: 10.1109/ICL-GNSS57829.2023.10148914.
Департамент спеціальних телекомунікаційних систем та захисту, інформації Служби безпеки України. Критерії оцінки захищеності інформації в комп’ютерних системах від несанкціонованого доступу // Інформаційна безпека та захист інформації. URL: https://tzi.ua/ua/nd_tz_2.5-004-99.html
ISO/IEC 27001:2022. ISO: Global standards for trusted goods and services. URL: https://zakon.isu.net.ua/sites/default/files/normdocs/dstu_iso_iec_27001_2023.pdf
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
1. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
2. Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
3. Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
