GPS 如何从全球公用设施变成安全隐患
一本关于 GPS 的书，讲的其实是我们如何对「免费基础设施」上瘾。
当一个系统足够可靠、可以免费使用，并且已经进入日常生活的各个环节，人们就会像使用水电一样依赖它。
问题随之而来：人们开始默认它不会出错，也不愿再花钱维持备用系统。
Katherine Dunn 的新书 Little Blue Dot: How GPS Shaped the Modern World 用 17 章讲述 GPS 在八十年间的变化：一个为军事精确打击而生的美国系统，如何成为全球经济赖以运转的基础设施。
Dunn 真正关心的，是人类如何一步步依赖上 GPS，以及发现问题以后，为什么很难重新建立替代方案。
GPS 的经历也可以用来理解 AI。当一种技术足够便宜、普及和方便，人们往往已经离不开它，备用系统却还没有准备好。
覆盖全球的信号为何如此微弱
理解 GPS 的脆弱性，需要从它的信号设计开始。
GPS 卫星没有集中发射一道窄波束，而是把无线电信号分散在一段较宽的频率范围内。信号到达地面时，强度已经低于背景电磁噪声。
用 Dunn 的比喻，这相当于接收器从约 20,200 公里外听见一声耳语，再把它放大成雾号。
接收器能够完成这项工作，是因为它掌握了一组与卫星匹配的伪随机码。借助这组代码，接收器可以从噪声中找出信号，再将它放大并还原成位置信息。
1973 年，GPS 的主要设计开始确定下来。
劳动节周末，美国空军组织一批工程师在五角大楼开了三天会议。大楼的空调已经关闭，食堂也没有营业，他们只能从自动售货机里购买不新鲜的汉堡。
这次会议后来被称为「孤独走廊会议」，经常被视为 GPS 的诞生时刻。不过，Dunn 也提醒读者，GPS 究竟主要源自美国空军的 621B 项目，还是海军的 Timation 项目，至今仍有争议。
GPS 并非某个人或某支团队的一次发明。它汇集了多个军事项目的成果，也建立在此前数十年的技术积累之上。
GPS 能够覆盖全球并服务大量用户，与几项关键设计有关。
单向传输不会暴露接收器的位置。卫星只负责广播信号，并不知道哪些设备正在使用它。这一点对战场应用至关重要。
由多颗卫星组成的「卫星星座」可以覆盖全球，不需要在地面建设密集的基站。卫星只管向地面广播，因此可以让大量用户同时接收信号。
扩频设计还把 GPS 信号隐藏在背景噪声中，使外界更难直接识别和干扰它。
正是这些设计，让 GPS 能够以很低的成本服务全球用户。但隐患也由此埋下。
信号经过约 20,000 公里的传播，到达地面时已经非常微弱。地面只要出现同频段、功率更高的信号，就可能把它淹没。
2008 年，后来在德州大学奥斯汀分校建立无线电导航实验室的 Todd Humphreys，在加州公寓的客厅地板上，用线缆、无线电设备和笔记本电脑造出了一套当时极少有人能够制造的 GPS 欺骗设备。德州大学研究人员后来还通过实验说明，低成本设备确实能够伪造民用 GPS 信号。
Humphreys 打开 iPhone 上的 Google Maps，看到代表自己位置的蓝色圆点沿街飞奔，而他本人仍然坐在原地。
「我从那个蓝色圆点里看到的，」Humphreys 说，「是混乱的可能性。」
干扰 GPS 信号，也就是 jamming，主要依靠更强的噪声淹没真实信号。接收器失去信号后，通常会发出警报。
欺骗 GPS 信号，也就是 spoofing，更难发现。攻击者发出一个与真实信号高度相似、功率更强的伪造信号，逐渐取代接收器原本接收的信号。民用 GPS 信号没有加密，接收器可能始终意识不到自己已经被误导。
可以用一个简单的比喻来区分两者。
干扰相当于把一本书从桌上拿走。欺骗则是偷偷换上一本封面相同、内容已经篡改的书。
书被拿走，你至少知道出了问题。内容被人调换，你可能始终没有察觉。
GPS 为全球覆盖付出的代价，也给干扰者留下了可乘之机。
免费如何制造依赖
GPS 普及得越来越快，原有的备用系统却在不断消失。
1983 年，大韩航空 007 航班误入苏联领空并被击落。里根政府随后宣布，将在 GPS 投入运行后向民用航空开放这套系统。
完整的 24 颗卫星星座还没有部署完成，航空业也不相信自己需要如此精确而昂贵的系统。美国军方内部同样存在强烈怀疑。美国空军一些高级官员甚至认为 GPS「没有军事用途」，还有人担心卫星会被击落。
Gaylord Green 于 1985 年至 1988 年负责 GPS 项目办公室。他后来回忆，自己不断向军方解释 GPS 将如何改变他们的生活，但「什么都没用」。
美国国防部发现，军方没有足够的 GPS 接收器，于是采购了 8,000 台民用设备，总价值 4,000 万美元。每台设备约有雪茄盒大小，供应商包括 Trimble Navigation 和 Magellan。
为了让这些民用接收器能够用于作战，国防部暂时关闭了刻意降低民用信号精度的「选择性可用」机制。任何拥有相应接收器的人，都能暂时获得更精确的信号。
但美国其他政府部门已经找到了纠正这种人为误差的办法。
美国海岸警卫队投入 400 万美元建设差分 GPS 修正站，将民用定位精度提高到约 4 米，超过未受人为降级时约 20 至 30 米的水平。
一个政府部门公开修正另一个政府部门主动制造的误差。
到 2000 年，美国政府永久关闭「选择性可用」。克林顿政府在华盛顿公布决定，NASA 局长 Daniel Goldin 次日在爱丁堡举行的欧洲导航大会上向业界解释这项政策。根据白宫当时的公告，关闭这项机制可使普通民用 GPS 的定位精度提高最多十倍。
普通用户不再需要借助差分修正技术，便能获得较为准确的位置。
欧洲人并不认为这个时间点只是巧合。
当时，欧盟正在推动 Galileo 卫星导航系统，伊斯坦布尔世界无线电大会也即将举行。不少欧洲业界人士认为，美国选择此时开放精确信号，是为了压缩 Galileo 的发展空间。曾参与制定美国 GPS 政策的 Scott Pace 否认了这一解释。
此后，美国政府开始主动向全球推广 GPS。
国防部、商务部和国务院带着互动展台访问 25 个国家，向各国政府部门和行业人士演示 GPS 的用途。他们的对象包括巴布亚新几内亚的飞行员和智利海岸警卫队。
美国政府在全球推广 GPS，芯片也在不断缩小。两股力量共同把 GPS 带进了普通人的生活。
第一代 iPhone 于 2007 年发布，已经提供 Google Maps，但没有 GPS 芯片，只能借助手机基站和无线网络判断大致位置。2008 年发布的 iPhone 3G 才加入内置 GPS。
到 2000 年代后期，供手机使用的 GPS 芯片已经可以缩小到约 2 毫米见方。
进入 2020 年代，GPS 早已不只用于定位和导航。卫星上的原子钟让电网、金融交易、移动通信和交通系统可以使用同一套精确时间。美国国家标准与技术研究院的研究显示，电信、金融和电力系统都在不同程度上依赖 GPS 授时。
瑞典电信运营商 Telia 告诉 Dunn，如果移动基站持续 30 到 40 分钟无法获得 GNSS 时间同步，基站就会开始停用部分频谱资源和服务。网络质量随后下降，最先受到影响的可能是要求最高的 5G 连接。
Telia 已经为此做了准备。它在北欧和波罗的海地区使用精确时间协议 PTP，也在测试能够发现异常信号的监测系统。
如果这些备份正常运行，普通用户可能要过很长时间，才会察觉移动网络出现异常。
GPS 为什么迅速普及，也正是它为什么难以替代。
Hexagon 创新副总裁 Sandy Kennedy 在 2024 年导航行业会议期间说：「GPS 是美国纳税人送给全世界最伟大的礼物。」
她在书中另一处说得更加直接：「很难与免费竞争。」
GPS 由美国纳税人承担成本，向全球免费开放。后来者即使能够造出类似系统，也很难在价格上与免费服务竞争。
一个系统足够可靠、便宜和方便，就容易成为默认选择。原有的备用系统也会因为长期不用、维护昂贵而逐渐被淘汰。
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这篇书评的后半部分从 2017 年黑海的船只「飞到」机场跑道讲起，追踪 GPS 欺骗如何扩散到全球，美国制导武器如何在乌克兰前线失效，以及 GPS 的依赖路径对 AI 基础设施的三条具体警示。
