5G 與飛航：探討資安與技術(shù)升級的配合

國際航空業(yè)者對于5G技術(shù)與飛機儀器之間的安全風(fēng)險仍存在著(zhù)疑慮，尤其是來(lái)自于 5G新技術(shù)所采用的無(wú)線(xiàn)訊號與舊世代技術(shù) (雷達高度計) 之間的訊號干擾。本文詳細分析其中的風(fēng)險及潛在的安全疑慮，并提供建議協(xié)助航空業(yè)者提升安全和效率。

美國聯(lián)邦航空總署 (Federal Aviation Administration；FAA) 已別點(diǎn)出5G 與飛機儀器之間的安全風(fēng)險，而且該技術(shù)在建置時(shí)也造成一些國際航班暫時(shí)取消，因為國際航空業(yè)者對這項技術(shù)變革仍存在著(zhù)疑慮。盡管 5G 具備一些支持飛機、機場(chǎng)與無(wú)人機空中交通管制的通訊技術(shù)，但前述的風(fēng)險其實(shí)是來(lái)自于 5G 新技術(shù)所采用的無(wú)線(xiàn)訊號與舊世代技術(shù) (雷達高度計) 之間的訊號干擾。

本文詳細分析這些風(fēng)險及潛在的安全疑慮，并提供有關(guān)這些技術(shù)的建議，來(lái)協(xié)助航空業(yè)者提升安全和效率。

安全疑慮
就在美國電信業(yè)者將系統升級到 5G 網(wǎng)絡(luò )之后，FAA 隨即發(fā)出多項聲明指出該項技術(shù)的安全風(fēng)險，并表示某些波音 (Boeing) 和空中巴士 (Airbus) 飛機上所安裝的兩款高度計，會(huì )受到 5G 的C頻帶無(wú)線(xiàn)訊號干擾。波音甚至已經(jīng)要求 擁有 777 和 747-8 型客機的航空公司，不要降落在有 C 頻帶 5G 訊號的機場(chǎng)。

C頻帶是介于 3.7和4.2 GHz 之間的無(wú)線(xiàn)電波頻帶，而 5G 所采用的頻帶則介于 3.5至3.98 GHz之間。至于雷達高度計 (RA) 的工作頻率，則是介于4.2至ˋ嘔GHz，由于彼此相當接近，因此 可預見(jiàn)地可能會(huì )有潛在的干擾問(wèn)題。例如可能造成飛機在能見(jiàn)度不佳的情況下降落機場(chǎng)時(shí)發(fā)生問(wèn)題。據估計 88 個(gè)機場(chǎng)當中將有 48 個(gè)機場(chǎng)會(huì )因為升級至 C 頻帶 5G 而受到影響。為此，美國聯(lián)邦通信委員會(huì ) (Federal Communications Commission；FCC) 一開(kāi)始僅核準使用該頻帶的下半段來(lái)減少潛在的問(wèn)題。

這些安全風(fēng)險之所以產(chǎn)生，主要是因為兩種不同無(wú)線(xiàn)電波管理標準之間的重迭：移動(dòng)電話(huà)使用的 5G 無(wú)線(xiàn)電波，以及飛機使用的無(wú)線(xiàn)電波測距系統 (也就是雷達)。雷達是飛機和機場(chǎng)用來(lái)測量距離的一種無(wú)線(xiàn)電系統。民航機在進(jìn)場(chǎng)與降落時(shí)會(huì )使用雷達高度計來(lái)判斷飛機與地面的垂直距離，以及從飛機到跑道的水平距離。此外，飛機與飛機之間、跑道信標，以及空中交通控制塔臺，還會(huì )用到其他類(lèi)型的雷達裝置。

5G 相關(guān)飛航風(fēng)險的基本觀(guān)念
以下說(shuō)明一些相關(guān)技術(shù)的基本概念，以及這些技術(shù)對于空中交通管制、飛機、機場(chǎng)及乘客的潛在風(fēng)險。

何謂無(wú)線(xiàn)電噪聲？
無(wú)線(xiàn)電波就像水波一樣，會(huì )從訊號塔臺的天線(xiàn)向外擴散，就好像當物體投入水面時(shí)所造成的漣漪一樣。用來(lái)發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波的巨大能量，可想象成一顆投入池塘里掀起巨大漣漪的大石頭。

漣漪與漣漪彼此之間的間距，就好像無(wú)線(xiàn)電波的頻率 (所以漣漪很多代表頻率很高)。而無(wú)線(xiàn)電裝置的工作，就是要計算這些漣漪的數量、間隔時(shí)間和大小，然后將這些漣漪轉換成數據。這些數據就是手機的通話(huà)內容、下載的影片，或是雷達的訊號。

當有很多通訊在同時(shí)進(jìn)行時(shí) (也就是有許多無(wú)線(xiàn)電波來(lái)源)，質(zhì)量較差的無(wú)線(xiàn)電裝置就很難將不同的訊號區別開(kāi)來(lái)。此外，如果調頻彼此太過(guò)接近，也會(huì )彼此互相干擾。這些混淆雜亂的訊號稱(chēng)為「無(wú)線(xiàn)電噪聲」， 當噪聲到達一定的量時(shí)，裝置就可能就沒(méi)辦法正常運作。

由于不同的裝置之間是靠不同的頻率來(lái)區隔彼此的訊號，但如果噪聲達到一定程度，這樣的區隔就會(huì )變得模糊。當然，還有許多因素都會(huì )影響到訊號的質(zhì)量，例如無(wú)線(xiàn)電訊號發(fā)射的方向、訊號的強度、天線(xiàn)設置的位置等。

無(wú)線(xiàn)電噪聲的安全風(fēng)險
接下來(lái)就要談到兩種因為無(wú)線(xiàn)電噪聲而可能互相干擾或彼此錯認的裝置。第一種是今日噴射客機所配備的 C 頻帶雷達高度計。這些裝置使用的是 C 頻帶的調頻來(lái)發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波并接收反射訊號。高度計在接收到反射訊號之后就會(huì )計算出距離數據。而飛機的導航儀器、地形偵測及防撞系統都會(huì )使用這些數據。所以，如果反射的訊號遭到干擾，很可能會(huì )導致高度計提供錯誤的信息，這樣的錯誤有可能導致飛機發(fā)生空難，尤其是在能見(jiàn)度不佳的情況下。

第二種裝置是 5G 訊號發(fā)射臺與 5G 裝置。當這兩種技術(shù)在飛機起飛或降落時(shí)發(fā)生互相干擾，就會(huì )有 RA 讀值錯誤的風(fēng)險，使得飛機自動(dòng)駕駛系統誤算 地面距離。如此將提高飛機撞擊地面 (也就是墜機) 的風(fēng)險。

一種直接了當的權宜作法就是確保機場(chǎng)周?chē)幸欢螌?shí)體的緩沖地帶，在此圓形地帶內將 5G 訊號凈空。這個(gè)地帶必須大到讓飛機駕駛員有足夠的時(shí)間在發(fā)生 5G 相關(guān)緊急事件時(shí)手動(dòng)接管降落程序。目前在全球各地，這段時(shí)間通常都不到兩分鐘，在美國境內則大約是 0 秒 (等于沒(méi)有緩沖地帶) 至 20 秒之間。

建議
從安全的角度來(lái)看，這些風(fēng)險確實(shí)相當令人擔憂(yōu)。但歐洲與美國政府的作法就只是承認 5G 無(wú)線(xiàn)電波有可能造成墜機，并指出不同國家在機場(chǎng)內部及周遭范圍的 5G 建置上存在著(zhù)不同差異 。除了美國 50 個(gè)機場(chǎng)之外，飛機駕駛員對于這類(lèi)狀況 (例如某個(gè) 5G 裝置對雷達造成惡意干擾時(shí)) 能夠反應時(shí)間是零秒。

另一個(gè)從 5G 角度出發(fā)的防范作法是將飛機也視為一種 5G 裝置。由地面基地臺負責處理地面 5G 訊號，而衛星則處理空中與跨洋 5G 訊號。由于 5G 技術(shù)具備了極精準的定位能力，因此在有 5G 的地方，5G 可說(shuō)是替代雷達的絕佳方案，這樣就不會(huì )影響到其他的 5G 裝置或形成 5G 真空地帶 (也就是緩沖地帶)。

此外，機場(chǎng)本身也可以善用 5G 技術(shù)，就像目前的 5G 港口一樣，譬如比利時(shí)的安特衛普港(Port of Antwerp)，此港口本身就有自己的 5G 專(zhuān)網(wǎng)。而且其 5G 專(zhuān)網(wǎng)正逐漸支持自駕式 5G 車(chē)輛運輸流量。這樣的模式也在GSMA Future Networks 獲得多方面的見(jiàn)證，證明 5G 在支持通訊、運輸、航空及安全方面的角色越來(lái)越重要，而這一切都歸功于 5G 強大的靈活性、速度、超低延遲，以及對的精確度要求。

5G 具備各種雷達所不具備的防擾亂、防偽造，以及干擾管理功能。FAA 所提出的疑慮可以透過(guò) 5G 或使用「5G＋傳統雷達」的方式來(lái)解決。藉由兩者的結合，就不必面對必須翻新飛機雷達的昂貴費用，畢竟許多飛航標準還是必須仰賴(lài)雷達。

在這樣的安全模型之下，不論飛機、手機和無(wú)人機都可以使用5G標準來(lái)運作，而且不需單靠雷達。而且每種裝置都可以善用資安偵測軟件與解決方案：隨著(zhù)惡意軟件開(kāi)始攻擊飛機、機場(chǎng)或乘客的裝置，這些解決方案可在攻擊利用飛機供應鏈造成影響之前就預先發(fā)現，并提供最新威脅的相關(guān)情報，進(jìn)而持續改善整體的資安狀況。此外，這些威脅響應機制也應該透過(guò)資安營(yíng)運中心 (SOC) 來(lái)協(xié)調運作，SOC 可利用航空業(yè)或客戶(hù)基礎架構的某個(gè)環(huán)節所偵測到的攻擊信息來(lái)預測針對其他環(huán)節的攻擊。

結論
所以，問(wèn)題并非無(wú)解，事實(shí)上，這項風(fēng)險是來(lái)自于雷達和 5G 之間不預期的互相干擾。所以解決此問(wèn)題的一個(gè)辦法就是讓這項風(fēng)險變得可預期，那么就能加以管理。一旦風(fēng)險變得可預期、又可管理，那么就能加以防范。

(本文由Trend Micro Research趨勢科技威脅研究中心提供)