神奇的GNSS，又如何保障其应用安全性？

  人们在形容一件神奇的事情时，往往用“前无古人，后无来者”加以评述。神奇的GNSS，目前还谈不上“后无来者”，但是至少可以说是“前无古人”，一种完完全全的高科技，用几十颗卫星能够覆盖全球，实现全天候、全时空的服务，而且是实实在在的高精度低成本实时性，逐步成为人们生产、生活不可或缺的工具手段和时空信息源，成为一种生活方式。卫星导航用户无限、市场庞大，直接把许多现代高技术领域甩出去好几条大街，有人称GNSS是个魔法师，做到了许多以前人们想做而做不到的事情。但是，再强的魔法师，也会遇到“魔高一尺，道高一丈”的时候。GNSS的脆弱性威胁，在复杂的电磁环境、严酷的日地环境和多变的物理环境条件下，让GNSS这一万能的魔法师，有时也是束手无策。近三十来年，在GNSS深化应用服务的同时，其安全性保障问题也接踵而来。特别是在保障GNSS在基础设施安全应用方面，首先受到关注和重视。对于GNSS的干扰和欺骗威胁，可能对安全、安保和经济造成影响，因为威胁，轻者让GNSS信号无法使用，重者令使用者面临危险。虽然这样，但是人们对于GNSS使用和依赖性与日俱增。为此，必须采取系统工程学（SE）方法推进韧性PNT安全性保障，特别是从国家关键基础设施安全性保障应用服务抓起。

“神奇的GNSS服务”令人上瘾，不容忽视。然而，现在已经远远不是只关注GNSS干扰问题的时候了，从神奇的GNSS服务中获益的同时，不能忽视现有和新出现的威胁和挑战。现在是时候划清界限，实施韧性互补的PNT解决方案，以支持所有关键基础设施部门和应用，以防因干扰或欺骗或系统原因导致GNSS中断。“魔法”在发挥作用时很神奇。如果没有，首先，它应该“没有伤害”，这是底线。

  威胁、挑战和需求。2013年美国发布的第21号总统政策指令（PPD）《关键基础设施安全和韧性》，将韧性定义为“准备和适应不断变化的条件，以及承受和迅速从中断中恢复的能力”。它还指出，“韧性包括抵御蓄意攻击、事故或自然发生的威胁或事件的能力”。2016年，英国国际发展部指出，通过四个“R”原则：鲁棒性、冗余性、资源性和快速性，“韧性涵盖了物理和社会系统”（见图1）。

  最近，安迪 普克特（Rethink PNT）指出，“韧性PNT系统通过使用保护性韧性技术来被动抵御或主动检测威胁，对其做出响应，并从其造成的伤害中恢复，从而保护其关键能力（资产）免受伤害”。政策、流程、财务安排和激励措施对实现韧性也至关重要——这一直是问题所在，现在仍然是问题所在。如果我们的机构缺乏强有力的领导，实现实际韧性的能力将继续减弱，对这个问题的关注会继续下去。

  研发韧性PNT系统始终是技术复杂性和非技术方面（例如成本）的平衡。用户的主要考虑因素必须是其用例所需的性能指标，以确保其恢复能力，包括精度、可用性、完好性、连续性和覆盖范围。最不容易理解且经常被忽略的是完好性——用户/用例安全可靠地使用PNT服务所需的信任级别。关键基础设施应用必须始终考虑可信PNT服务的能力。不幸的是，许多关键基础设施PNT的用户不知道确保安全所需的PNT指标。更令人不安的是，对于什么会构成“重大经济影响”或可接受的经济损失，以及使用案例的期限或范围，没有指导。这种理解需要分析其设计、开发和运营经验，并与PNT系统工程师合作，首先得出这些指标，然后推动实现和保持真正互补的PNT能力所需的持续改进（见图2）。如果没有明确的指标和指导，就不能声称任何解决方案都能满足“所需的韧性水平”。

  支持PNT用户。与所有系统工程（SE）活动一样，PNT系统韧性始于根据用户的具体应用故事/用例识别和记录用户需求。图3描述了可寻求的韧性的不同方面，这取决于独特的用例“需求”。

  尽管不同用例的韧性需求会有所不同，但对于任何特定用例，给定的“PNT解决方案”要么达到所需的/阈值的韧性水平（基于运营环境），要么不会。一些用例还可能需要故障安全或故障软功能以及恢复到已知、可信和可用状态的能力。如果不是所有的关键部门用例都需要这样做，难道不是很多吗？同样重要的是识别风险和威胁，因为它们对于理解系统在继续提供必要的P、N和/或T服务性能时必须面临的挑战至关重要。理解并记录系统架构和环境（它必须在其中执行）也是关键。通过了解用户的需求、面临的威胁、危险和挑战以及系统架构，系统工程学（SE）过程可以了解存在的“差距”，以及它们对关键基础设施系统的功能、物理和操作性能造成的风险水平。理解了这一点，可以确定必要的使用适当的缓解措施，或者如果需要，可以制定相应的缓解措施并创建一个韧性的、解决方案不可知的PNT需求文档。

  未来之路。美国国土安全部卓越安全中心关键基础设施韧性研究所（CIRI）指出，“关键基础设施系统正面临着无数挑战。解决方案必须解决网络、物理和人类层面的问题”。他们将重点放在了关键基础设施韧性活动应针对的四个领域：构建商业案例，信息政策和法规，开发新工具和技术，以及培养和教育劳动力。其中包括承认“政策和监管对市场力量具有强大影响”。虽然“美国大多数基础设施由私营部门拥有和运营”是一个挑战，但这不应成为借口。人们必须立即开始重新建立强有力的系统工程学实践、政策和原则，以帮助关键用户了解他们的需求，并确定确保安全和“排除重大经济影响”所需的指标。只有这样，才能从国家角度了解所需的安全和安保指标，以及构成重大经济影响的因素，然后建立解决方案不可知的需求类别。由于缺乏这些明确的韧性恢复力目标、详细的规划和所需的资源承诺，PNT脆弱性的日益增长的威胁将继续受到关注，而不是减轻。希望这不是一种策略，也不需要发生真正的灾难性事件，就可以最终采取迫切需要且早该采取系统工程学的行动。