가짜 GPS 신호에는 경보가 울리지 않습니다 — 통신망과 전력망의 시계에는 대조할 기준이 드뭅니다

기지국은 GPS에서 무엇을 받고 있었나

2016년 북한발 GPS 교란은 2010년 때보다 영향 범위가 훨씬 넓었다고 이데일리가 보도했습니다. 같은 보도에 실린 영향 목록에는 항공기 1,007대와 선박 말고도 휴대전화 기지국 1,794곳이 올라 있었습니다.

GPS는 미국이 궤도에 띄운 위성들의 신호로 땅 위의 수신기가 위치를 계산하는 위성항법 체계입니다. 스마트폰 지도에 뜨는 파란 점도 대개 이 신호를 받아 찍힙니다. 교란은 이 신호를 제대로 받지 못하게 하거나 틀리게 받게 하려고 전파를 쏘는 일입니다.

조종사와 선장은 GPS로 비행기와 배의 위치를 확인합니다. 기지국은 한곳에 고정돼 있어 위치를 확인할 일이 없습니다. 그런 기지국이 교란 영향 목록에 올랐다면, 기지국은 하늘에서 무엇을 받고 있었을까요.

위성에 실린 원자시계

1973년 노동절 주말, 브래드퍼드 파킨슨은 미 국방부 청사에서 설계 회의를 이끌었습니다. 그와 참석자들은 따로 나와 있던 위성 항법 구상들을 GPS라는 한 개념으로 묶어 문서로 남겼습니다. 묶인 구상 가운데 하나가 로저 이스턴이 내놓은, 위성에 원자시계를 싣는 안이었습니다.

원자시계는 원자가 내는 일정한 떨림을 세어 시각을 재는 시계로, 사람이 만든 시계 가운데 가장 정확한 부류에 듭니다. 오늘날 GPS 위성에는 원자시계가 여러 대씩 실려 있고, 위성이 보내는 신호에는 그 시계들이 잰 정밀한 시각이 담겨 있습니다. 여기서 시각은 「지금이 몇 시 몇 분 몇 초인가」이고, 얼마나 걸렸는지를 뜻하는 시간과는 다릅니다.

2000년 5월 1일, 미국 정부는 누구나 받는 민간 GPS 신호의 정확도를 일부러 낮추던 장치인 선택적 가용성을 껐습니다. 오늘날 통신 업계는 이 신호의 시각을 가져다 씁니다. 미국 국립표준기술연구소가 의뢰해 2019년에 나온 보고서에서 연구진은 미국 통신 산업이 장비의 시각과 주파수를 주로 GPS 신호로 맞춘다고 적었습니다. 연구진은 GPS가 업계 전체의 공통 시각 출처라고도 적었습니다. 휴대전화 통화를 연결하는 일도, 움직이는 사람의 통화를 한 기지국에서 옆 기지국으로 넘기는 일도 이 정밀한 시각 위에서 이뤄집니다. 미국 통신 업계에서 기지국이 GPS에서 받는 것은 위치가 아니라 시각입니다.

전력회사와 금융회사도 GPS 시각으로 장비의 시계를 맞춥니다. 집 안의 시계를 한 시계에 맞춰 둔 집을 떠올리면 됩니다. 거실 벽시계도, 전자레인지 시계도, 침실 알람도 그 한 시계에 맞춰져 있습니다. 미국의 통신망과 전력망 장비는 대개 하늘에 걸린 시계 하나에 그렇게 맞춰져 있습니다.

흑해의 선장은 가짜 위치를 잡아냈고, 요트의 승무원은 직선만 봤습니다

2017년 6월 22일, 흑해 노보로시스크 앞바다에서 한 배의 선장이 GPS 화면의 이상을 알아챘습니다. 화면 속 배는 겔렌지크 공항 근처 육지 위에 있었지만, 실제 배는 그곳에서 25해리(약 46킬로미터) 떨어진 바다에 떠 있었습니다. 주변의 배 20여 척에서도 같은 증상이 나타났습니다.

선장은 GPS 화면을 레이더 화면, 종이 해도(바다 지도)와 대조했고, 셋을 찍은 사진을 미국 해안경비대 항법센터에 보냈습니다.

민간 GPS 신호는 땅에 닿을 때 같은 대역의 잡음보다 약하고, 규격상 최소 세기는 그 잡음의 약 100분의 1입니다. 가까이서 더 센 전파를 쏘면 진짜 신호는 쉽게 덮입니다.

2013년 여름, 텍사스대 토드 험프리스 팀은 그럴듯한 가짜 신호를 섞어 넣는 일도 약 2,000달러를 들인 장비로 가능하다는 것을 보였습니다. 팀은 선장의 동의를 얻어, 지중해를 항해하던 8천만 달러짜리 요트에 그 장비로 가짜 GPS 신호를 보내 배의 항로를 몰래 틀었습니다. 텍사스대 발표문에서 연구진은 「배가 실제로 방향을 틀었고 우리 모두 그것을 느꼈지만, 해도 화면과 승무원은 직선만 봤다」고 전했습니다. 요트의 GPS 장비에서 가짜 신호는 진짜와 구별되지 않았습니다.

GPS 교란에는 두 갈래가 있습니다. 더 센 전파로 약한 신호를 덮어 아예 못 받게 하는 방해(재밍)와, 진짜처럼 꾸민 가짜 신호를 보내 수신기가 틀린 위치나 시각을 계산하게 하는 기만(스푸핑)입니다. 방해를 받으면 신호가 끊겨 장비에 신호 소실 경보가 뜹니다. 기만을 받는 동안에는 신호가 끊기지 않고, 텍사스대가 요트 실험을 알리며 적었듯 항해 장비의 경보도 울리지 않습니다.

흑해의 선장이 가짜를 잡은 것은 GPS와 따로 위치를 확인할 레이더와 해도가 있었고, GPS 화면의 위치가 그것과 크게 어긋났기 때문입니다. 2019년 비영리 분석기관 스카이트루스의 분석가 비외른 베리만도, 상하이 항 선박들의 위치가 육지 위에서 원을 그리며 도는 불가능한 궤적을 보고 가짜를 찾아냈습니다. 요트의 해도 화면에는 어긋나 보일 데가 없었습니다. GPS와 따로, 다른 길로 같은 것을 확인할 수 있는 이런 기준을 우리는 두 번째 기준이라고 부릅니다. 인증 없는 민간 GPS 신호만 받는 장비에서 기만은 두 번째 기준과 드러나게 어긋날 때만 잡힙니다.

2011년 12월, 험프리스 팀은 전력망 장비의 시각을 옮겼습니다

요트 실험보다 앞선 2011년 12월, 텍사스대 험프리스 팀은 가짜 GPS 신호를 배가 아니라 전력망 장비에 보냈습니다. 대상은 위상측정장치였습니다. 송전망 곳곳에서 교류 전기가 한 주기 안의 어디쯤 와 있는지(위상)를 재는 장치입니다. 시계 초침이 원 위 어디를 가리키는지 읽는 일과 비슷합니다. 이 측정은 떨어진 여러 곳의 값을 같은 시각에 맞춰 대조해야 쓸모가 있습니다. 미국 국립표준기술연구소가 의뢰한 2019년 보고서에 따르면 미국 전력회사들은 이 장치를 GPS 시각에 맞춥니다. 그 측정에는 100만분의 1초 수준의 시각 정밀도가 필요합니다.

공격이 진행되는 동안 장비는 경보를 내지 않았습니다. 연구진이 가짜 신호로 장비의 시각을 한 번에 크게 옮기지 않고 조금씩 옮겼습니다. 공격을 시작한 지 약 11분 만에 시각 오차가 업계 표준의 허용 한계를 넘었습니다. 연구진이 예로 든 멕시코의 한 송전선에는 측정된 위상 차이가 일정 크기에 이르면 발전기를 전력망에서 자동으로 떼어 내는 설정이 있었습니다. 팀은 가짜 신호로 장비의 시각을 그 설정에 닿는 크기까지 옮길 수 있음도 보였습니다.

경보는 실험을 끝낼 때 울렸습니다. 연구진이 가짜 신호를 급히 끊자 수신기에 GPS 신호를 잃었다는 경보가 떴습니다.

집 안 시계를 한 시계에 맞춰 둔 집에서 그 한 시계가 조금씩 틀어지면, 집 안의 시계도 함께 틀어집니다. 시계끼리는 여전히 서로 맞으니, 집 안의 시계를 서로 대조해서는 아무것도 드러나지 않습니다. 시계들을 한 시각에 맞추는 목적이 바로 서로 맞게 하는 데 있는데, 기만이 진행되는 동안에도 그 일치는 깨지지 않습니다. 한 곳만 속여 어긋남이 생기더라도, 그 어긋남은 시계 탓이 아니라 실제 전력 상태로 읽힙니다. 업계 전체의 공통 시각 출처가 GPS라는 보고로 보면, 장비의 시각을 주로 GPS로 맞추는 미국 통신망이 그런 집입니다. 위상측정장치를 GPS 시각에 맞추는 미국 전력망도 마찬가지입니다. 가짜가 잡히려면 견줘 볼 두 번째 기준이 있어야 하는데, 이런 집의 시각에는 그 기준이 드뭅니다.

위치 쪽 교란이 가볍다는 말은 아닙니다. 2025년 6월 호르무즈 해협 인근에서 유조선 두 척이 충돌했고, 충돌 전날 밤 그중 한 척의 위치 신호가 수 마일씩 튀었습니다. 충돌 원인이 교란이라는 당국 판정은 아직 없습니다. 원인이 무엇이든, 이렇게 위치가 크게 튀거나 신호가 끊기는 이상은 먼저 눈에 띄고, 목록에 오를 만큼 드러나며, 대응이 따릅니다. 보도에 실린 2016년 영향 목록에 기지국이 오른 것도 누군가 그 교란을 알아챘다는 기록입니다. 우리가 겨누는 것은 경보 없이 진행되는 기만, 그중에서도 두 번째 기준이 드문 시각의 기만입니다.

반면 미국 증권업에서는 미국 금융산업규제기구가 거래 기록 시스템의 시계를 매 영업일 개장 전에 미국 국립표준기술연구소의 원자시각에 맞추도록 정해 두었습니다. 그 차이는 1000분의 50초 안에 있어야 합니다. 그 규칙에 적힌 맞출 대상은 회사 안의 다른 시계가 아니라, 나라의 표준 원자시각이라는 바깥 기준입니다.

핀에어가 타르투 운항을 다시 연 조건

2024년 4월, 에스토니아 타르투로 가던 핀에어 여객기 두 편이 헬싱키로 회항했습니다. 그 공항에서 핀에어가 쓰던 접근 절차(착륙하려고 공항에 다가가는 경로와 고도를 정해 둔 절차)가 GPS에 기대는 방식이었는데, GPS 간섭으로 그 절차를 쓸 수 없게 됐습니다. 핀에어는 4월 29일 타르투 운항을 멈췄고, GPS에 기대지 않는 접근 절차를 들인 뒤 6월 2일에야 운항을 다시 열었습니다.

그보다 앞선 2010년 1월, 미국 해안경비대는 반대로 지상 송신탑의 전파로 위치를 얻는 항법 체계 로란-C의 송신을 끝낸다고 공고했습니다. 한 항법 전문 매체는 당시 국토안보부가 로란-C를 GPS의 백업으로 필요 없다고 봤다고 전했습니다. 그러다 2018년 미 의회는 교통부가 GPS 백업용 지상파 시각 시스템(땅 위 송신 설비로 시각을 보내는 체계)을 2년 안에 가동하도록 법으로 정했습니다. 그 뒤 실제로 가동됐는지는 확인하지 못했습니다.

2025년 6월 유럽항공안전청과 국제항공운송협회는 위성항법 간섭 대응 계획을 냈습니다. 이 계획에서 두 기관은 GPS 이전부터 쓰던 지상 무선 항법시설을 최소한의 망으로 계속 운용하겠다고 밝혔습니다. 항법 전문 매체들은 영국 정부가 로란-C를 개량한 지상 송신 체계 eLoran을 국가 백업으로 두고 2025년에 투자 계획을 내놓았다고 전했습니다.

같은 시기에 위성 쪽을 보강하는 길도 나왔습니다. 유럽연합 우주프로그램청 발표문의 요약에 따르면, 이 기관은 2025년 7월 유럽연합판 GPS인 갈릴레오의 민간 신호에 진위 인증 서비스 운용을 선언했습니다. 이 인증은 바깥 기준과 대조하지 않고 가짜를 가려내려는 방법입니다. 한국 우주항공청은 한국형 위성항법시스템의 첫 위성 발사를 2029년 9월로 늦춰 잡았습니다. 위성 쪽의 길은 위성 신호를 늘리거나 더 믿을 만하게 만드는 일이고, 지상의 길은 위성과 다른 길로 위치와 시각을 얻는 일입니다. 두 번째 기준은 그렇게 다른 길로 얻어야 두 번째가 됩니다.

통신·전력 장비 규격에 GPS가 아닌 다른 시각 출처와 늘 대조하라는 기본 요건이 있는지, 누군가 실제 통신망이나 전력망의 시각을 기만한 적이 있는지는 우리가 모은 기록으로 답할 수 없습니다. 기록에 그런 사례가 없다는 것은 그런 일이 없었다는 뜻일 수도, 알아챈 사람이 없었다는 뜻일 수도 있습니다.

위성항법 교란에서 가장 늦게 드러나는 것은 신호가 끊기는 방해가 아니라, 신호가 멀쩡한 채 경보 없이 진행되는 기만입니다. 인증 없는 민간 GPS 신호만 받는 장비에서 기만은 두 번째 기준과 드러나게 어긋날 때만 잡힙니다. 주로 GPS에 시각을 맞추는 통신망과 전력망에는 그 기준이 드뭅니다. 집 안 시계를 한 시계에 맞춰 둔 집에서 그 한 시계가 틀린 것을 알려면, 다른 곳에서 시각을 받아 오는 시계가 하나 더 있어야 합니다. 그런데 각국 정부와 항공 업계는 지상의 길을 대개 「백업」으로 들입니다. 위성 신호가 끊길 때 갈아타는 길이라는 뜻입니다. 우리가 보기에 그 길이 기만을 잡는 두 번째 기준이 되려면, 신호가 멀쩡할 때도 켜 두고 늘 대조해야 합니다.

회항과 신호 소실 뉴스는 경보가 울린 교란의 소식입니다. 우리가 겨누는 기만은 경보가 울리지 않아 뉴스가 되지 않습니다.