师傅们早上好，不知道该起个什么名字，想来想去只好起了这个略显浮夸的题目，今天我们主要介绍飞行器上的TCAS系统，以及如何通过TCAS系统的漏洞来欺骗飞机。

TCAS的全称是空中交通预警与防撞系统，它能够通过对附近的飞机进行冲突检测，预测未来可能发生的危险，提示飞行员及时规避，帮助机组保持与其他飞机之间的安全间隔。TCAS主要通过与S模式应答机的配合，适当提出避让措施。如图所示，TCAS系统主要包括TCAS计算机、方向性天线、TCAS/ATC控制盒、电子显示系统EFIS与语音警告系统。

TCAS的具体工作过程如下：

1⃣️ TCAS系统监视本机 附近空域，获得入侵飞机的参数信息

2⃣️ 本机的其他机载系统向TCAS计算机提供本机的飞行参数

3⃣️ 综合计算得到本机与入侵飞机的相对高度和接近率，并确定入侵飞机对本机的威胁状况，分为4个威胁级别组:无威胁、接近威胁、TA(交通咨询)威胁、RA(决断咨询)威胁

4⃣️ TCAS向驾驶员适时地发出目视警告和音响警告

飞行中的警报和建议级别可以通过下图更直观的表现出来：

最初，TA(交通咨询)向飞行员发出冲突警报，如果飞行员不采取任何措施，将会发出进一步的警报。而在新一代的TCAS II中还提供了RA(决断咨询)功能

RA为了避免流量冲突给飞行员提供了特定的指令，比如说一位飞行员爬升而另一架飞机的飞行员降落。需要注意的是在TCAS II中的RA的结果始终是垂直的，从不会转弯。

视频如下：   

所需的爬升/下降速率将由在主飞行显示屏上显示，垂直速度带上显示绿色的"fly to"区域，因此可以"chasing the needles"以避免碰撞。

在自动驾驶模式下（主要是Airbus），飞机在没有飞行员控制的情况下将自动跟随TCAS RA爬升或下降。有研究人员表示可以模拟伪造TCAS流量。

从技术上讲，如果我们伪造TCAS首先需要对RF通信有所了解。

TCAS使用二级监视雷达应答器的响应，其有两种方法计算其他飞机的位置。模式S传输唯一的24位飞机地址以及高度和GPS衍生的位置数据，模式C仅传输4位应答器代码和高度信息，因此TCAS可以根据这些信息来计算距离和方位。需要注意的是模式S在1090MHz上使用1Mbps的曼彻斯特编码PPM发送数据包，这种数据包很容易解码，使用常规的SDR就可以完成。TCAS可以同时分析多个飞机的输入。但是，它将优先处理最紧迫的冲突，然后再处理下一个。

通过上面的分析，我们可以知道模拟一个真正的信号是完全可能的，此处我们就不自行模拟（因为我们没有飞机）这里我们直接引用PTP实验室的结果（真实的飞行模拟器）：

首先他们模拟了多架飞向受害飞机（模拟器）的"假飞机"，反复测试多架"假飞机"的排列，逐步测试出TCAS系统的响应，引导受害飞机向攻击者期望的方向飞行。

1⃣️ 生成一个简单的"飞机墙"，上面的飞机多于下方的飞机，如图：

毫无疑问，TCAS的反应陡然下降

2⃣️ 向它展示了更多的飞机，这超出了其爬升和下降性能的限制

3⃣️ 向其展示了假飞机的"坡形"，以查看TCAS是否会按照预期方向提供RA

PTP对此进行了合理化处理，最终只需要三架假飞机就能提供可导致超过3000英尺/分钟的爬升的RA。

4⃣️ 通过特殊排列假飞机，也可以让乘客感受过山车

伪造的TCAS警报最后的结果可能是飞行员关闭TCAS，因为假飞机并没有出现在雷达上，所以飞行员可以意识到这是假警报。牛津大学的一篇论文对此进行了证明。

仅当显示的开关如下时，才发出解决方案建议：

如果设置为“ STBY”，则不会发出碰撞警示：

结果是TCAS将不会向飞行员发出有关交通冲突的警报。但是，地面站将继续监视冲突，并将适当地向飞行员提供建议

以上几种情况都是设想的情况，在实际的飞行过程中，飞行员还有其他识别的方法，例如雷达，如果TCAS数据和雷达数据不匹配，飞行员会对TCAS数据表示质疑。此外，区域管制员很可能会在TCAS发出警报之前就识别出潜在的撞机风险。

不过我们还可以寄希望于下一代TCAS，即ACAS-X。

参考引用

[1]唐云龙. 干扰环境下TCAS信号处理技术研究[D].电子科技大学,2017.
[2]付炜. 飞行模拟机TCAS系统仿真软件设计与实现[D].中国科学院大学（工程管理与信息技术学院）,2015.
[3]周波. 基于ADS-B的低空飞行冲突检测与解脱算法研究[D].中国民航大学,2014.
[4]韩艳茹,敬忠良,龚嘉琦.空中交通预警与防撞系统(TCAS)风险及对策研究[J].计算机测量与控制,2012,20(03):737-740.
[5]李国胜. TCAS故障诊断专家系统的设计与研究[D].中国民用航空飞行学院,2009.
[6]陈莹. TCAS系统的相关研究与设计[D].电子科技大学,2008.
[7]이현철,김승주. TCAS Ⅱ를 이용한 스마트무인기용 충돌회피시스템 개발[J]. 항공우주기술,2006,5(2).
[8]https://www.pentestpartners.com/security-blog/jeopardising-aircraft-through-tcas-spoofing/

本文作者：物联网IOT安全

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