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(jī)儀器之間的安全風(fēng)險仍存在著疑慮，尤其是來自于 5G新技術(shù)所采用的無線訊號與舊世代技術(shù) (雷達(dá)高度計) 之間的訊號干擾。本文詳細(xì)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(jī)儀器之間的安全風(fēng)險，而且該技術(shù)在建置時也造成一些國際航班暫時取消，因為國際航空業(yè)者對這項技術(shù)變革仍存在著疑慮。盡管 5G 具備一些支持飛機(jī)、機(jī)場與無人機(jī)空中交通管制的通訊技術(shù)，但前述的風(fēng)險其實(shí)是來自于 5G 新技術(shù)所采用的無線訊號與舊世代技術(shù) (雷達(dá)高度計) 之間的訊號干擾。

本文詳細(xì)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(tǒng)升級到 5G 網(wǎng)絡(luò)之后，F(xiàn)AA 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(jī)上所安裝的兩款高度計，會受到 5G 的C頻帶無線訊號干擾。波音甚至已經(jīng)要求 擁有 777 和 747-8 型客機(jī)的航空公司，不要降落在有 C 頻帶 5G 訊號的機(jī)場。

C頻帶是介于 3.7和4.2 GHz 之間的無線電波頻帶，而 5G 所采用的頻帶則介于 3.5至3.98 GHz之間。至于雷達(dá)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(dāng)接近，因此 可預(yù)見地可能會有潛在的干擾問題。例如可能造成飛機(jī)在能見度不佳的情況下降落機(jī)場時發(fā)生問題。據(jù)估計 88 個機(jī)場當(dāng)中將有 48 個機(jī)場會因為升級至 C 頻帶 5G 而受到影響。為此，美國聯(lián)邦通信委員會 (Federal Communications Commission；FCC) 一開始僅核準(zhǔn)使用該頻帶的下半段來減少潛在的問題。

這些安全風(fēng)險之所以產(chǎn)生，主要是因為兩種不同無線電波管理標(biāo)準(zhǔn)之間的重迭：移動電話使用的 5G 無線電波，以及飛機(jī)使用的無線電波測距系統(tǒng) (也就是雷達(dá))。雷達(dá)是飛機(jī)和機(jī)場用來測量距離的一種無線電系統(tǒng)。民航機(jī)在進(jìn)場與降落時會使用雷達(dá)高度計來判斷飛機(jī)與地面的垂直距離，以及從飛機(jī)到跑道的水平距離。此外，飛機(jī)與飛機(jī)之間、跑道信標(biāo)，以及空中交通控制塔臺，還會用到其他類型的雷達(dá)裝置。

5G 相關(guān)飛航風(fēng)險的基本觀念
以下說明一些相關(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(jī)、機(jī)場及乘客的潛在風(fēng)險。

何謂無線電噪聲？
無線電波就像水波一樣，會從訊號塔臺的天線向外擴(kuò)散，就好像當(dāng)物體投入水面時所造成的漣漪一樣。用來發(fā)射無線電波的巨大能量，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，就好像無線電波的頻率 (所以漣漪很多代表頻率很高)。而無線電裝置的工作，就是要計算這些漣漪的數(shù)量、間隔時間和大小，然后將這些漣漪轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)就是手機(jī)的通話內(nèi)容、下載的影片，或是雷達(dá)的訊號。

當(dāng)有很多通訊在同時進(jìn)行時 (也就是有許多無線電波來源)，質(zhì)量較差的無線電裝置就很難將不同的訊號區(qū)別開來。此外，如果調(diào)頻彼此太過接近，也會彼此互相干擾。這些混淆雜亂的訊號稱為「無線電噪聲」， 當(dāng)噪聲到達(dá)一定的量時，裝置就可能就沒辦法正常運(yùn)作。

由于不同的裝置之間是靠不同的頻率來區(qū)隔彼此的訊號，但如果噪聲達(dá)到一定程度，這樣的區(qū)隔就會變得模糊。當(dāng)然，還有許多因素都會影響到訊號的質(zhì)量，例如無線電訊號發(fā)射的方向、訊號的強(qiáng)度、天線設(shè)置的位置等。

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

第二種裝置是 5G 訊號發(fā)射臺與 5G 裝置。當(dāng)這兩種技術(shù)在飛機(jī)起飛或降落時發(fā)生互相干擾，就會有 RA 讀值錯誤的風(fēng)險，使得飛機(jī)自動駕駛系統(tǒng)誤算 地面距離。如此將提高飛機(jī)撞擊地面 (也就是墜機(jī)) 的風(fēng)險。

一種直接了當(dāng)?shù)臋?quán)宜作法就是確保機(jī)場周圍有一段實(shí)體的緩沖地帶，在此圓形地帶內(nèi)將 5G 訊號凈空。這個地帶必須大到讓飛機(jī)駕駛員有足夠的時間在發(fā)生 5G 相關(guān)緊急事件時手動接管降落程序。目前在全球各地，這段時間通常都不到兩分鐘，在美國境內(nèi)則大約是 0 秒 (等于沒有緩沖地帶) 至 20 秒之間。

建議
從安全的角度來看，這些風(fēng)險確實(shí)相當(dāng)令人擔(dān)憂。但歐洲與美國政府的作法就只是承認(rèn) 5G 無線電波有可能造成墜機(jī)，并指出不同國家在機(jī)場內(nèi)部及周遭范圍的 5G 建置上存在著不同差異 。除了美國 50 個機(jī)場之外，飛機(jī)駕駛員對于這類狀況 (例如某個 5G 裝置對雷達(dá)造成惡意干擾時) 能夠反應(yīng)時間是零秒。

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

此外，機(jī)場本身也可以善用 5G 技術(shù)，就像目前的 5G 港口一樣，譬如比利時的安特衛(wèi)普港(Port of Antwerp)，此港口本身就有自己的 5G 專網(wǎng)。而且其 5G 專網(wǎng)正逐漸支持自駕式 5G 車輛運(yùn)輸流量。這樣的模式也在GSMA Future Networks 獲得多方面的見證，證明 5G 在支持通訊、運(yùn)輸、航空及安全方面的角色越來越重要，而這一切都?xì)w功于 5G 強(qiáng)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(dá)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 5G 或使用「5G＋傳統(tǒng)雷達(dá)」的方式來解決。藉由兩者的結(jié)合，就不必面對必須翻新飛機(jī)雷達(dá)的昂貴費(fèi)用，畢竟許多飛航標(biāo)準(zhǔn)還是必須仰賴?yán)走_(dá)。

在這樣的安全模型之下，不論飛機(jī)、手機(jī)和無人機(jī)都可以使用5G標(biāo)準(zhǔn)來運(yùn)作，而且不需單靠雷達(dá)。而且每種裝置都可以善用資安偵測軟件與解決方案：隨著惡意軟件開始攻擊飛機(jī)、機(jī)場或乘客的裝置，這些解決方案可在攻擊利用飛機(jī)供應(yīng)鏈造成影響之前就預(yù)先發(fā)現(xiàn)，并提供最新威脅的相關(guān)情報，進(jìn)而持續(xù)改善整體的資安狀況。此外，這些威脅響應(yīng)機(jī)制也應(yīng)該透過資安營運(yùn)中心 (SOC) 來協(xié)調(diào)運(yùn)作，SOC 可利用航空業(yè)或客戶基礎(chǔ)架構(gòu)的某個環(huán)節(jié)所偵測到的攻擊信息來預(yù)測針對其他環(huán)節(jié)的攻擊。

結(jié)論
所以，問題并非無解，事實(shí)上，這項風(fēng)險是來自于雷達(dá)和 5G 之間不預(yù)期的互相干擾。所以解決此問題的一個辦法就是讓這項風(fēng)險變得可預(yù)期，那么就能加以管理。一旦風(fēng)險變得可預(yù)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)