GPS轨迹伪造与跑步打卡欺骗技术详解

1. 技术背景与原理

1.1 技术背景

本技术最初源于无人机GPS欺骗(Drone Spoofing)项目的研究，通过软件无线电(SDR)发送虚假GPS信号实现位置欺骗。该技术可应用于跑步打卡软件的欺骗，解决iOS设备上传统位置伪造软件(fake location)效果不佳的问题。

1.2 跑步软件记录原理

跑步软件通常记录以下参数：

• 位置和海拔：通过手机GPS模块获取
• 步频：通过手机加速度传感器获取
• 时间：使用系统时间或服务器时间

2. 所需硬件设备

1. 计算机：用于运行相关软件
2. HackRF One：软件无线电设备，需包含：
   • TCXO时钟模块
   • 天线
   • USB数据线
3. Arduino Uno：控制舵机
4. 智能手机：目标设备(如iPhone)
5. 亚克力手机架：自制或购买，用于固定手机和舵机

3. 所需软件工具

1. hackrf_tools：HackRF设备控制工具
2. Google Earth：用于规划跑步路线
3. SatGen Trajectory Generation：轨迹生成工具
4. gps-sdr-sim：GPS信号模拟软件

4. 实施步骤详解

4.1 获取RINEX导航电文

1. 访问NASA FTP服务器：ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily
2. 找到对应年份的文件夹
3. 进入brdc子目录
4. 下载对应年积日的导航电文文件(如brdc3660.16n.z)
5. 解压得到.n格式的导航电文文件

4.2 生成跑步轨迹

1. 使用Google Earth绘制跑步路线，导出为KML文件
2. 使用SatGen Trajectory Generation软件：
   • 加载KML文件
   • 调整参数模拟真实跑步：
     • 速度变化
     • 总距离
     • 海拔变化
3. 生成NMEA格式的轨迹文件

4.3 编译和配置gps-sdr-sim

1. 克隆仓库：

   git clone https://github.com/osqzss/gps-sdr-sim.git
   cd gps-sdr-sim
   

2. 修改gpssim.h中的USER_MOTION_SIZE值，增加40-70秒缓冲时间
3. 编译：

   gcc gpssim.c -lm -O3 -o gps-sdr-sim
   

4.4 生成并发送GPS信号

1. 生成二进制信号文件：

   ./gps-sdr-sim -e <导航电文文件> -g <轨迹文件> -b 8 -o gpssim.bin
   

2. 使用HackRF发送信号：

   hackrf_transfer -t gpssim.bin -f 1575420000 -s 2600000 -a 1 -x 19 -R
   

   参数说明：
   • -f 1575420000：GPS L1频段频率(1575.42MHz)
   • -s 2600000：采样率
   • -a 1：启用增益
   • -x 19：增益值(0-25)

4.5 模拟步频传感器

1. 搭建Arduino控制系统：

   #include <Servo.h>
   Servo myservo_1; // 下
   Servo myservo_2; // right 
   Servo myservo_3; // left
   int pos = 0;
   int potPin = A0;
   long val = 0;
   int angle_right = 68;
   int angle_left = 180;
   
   void setup() {
     Serial.begin(9600);
     pinMode(potPin,INPUT);
     myservo_1.attach(8);
     myservo_2.attach(9);
     myservo_3.attach(10);
     myservo_1.write(0);
     delay(600);
   }
   
   void loop() {
     val = analogRead(potPin);
     Serial.print(val);
     if (val>550){
       myservo_3.write(angle_left);
       delay(10);
       for (pos = 0; pos <= 180; pos++) {
         myservo_1.write(pos);
         delay(8);
         myservo_2.write(angle_right);
         delay(10);
         if(angle_right<85) angle_right++;
       }
       for (pos = 180; pos >= 0; pos--) {
         myservo_1.write(pos);
         delay(8);
         myservo_2.write(angle_right);
         delay(10);
         if(angle_right>75) angle_right--;
       }
     }
   }
   

2. 将手机固定在舵机控制的摇摆架上

5. 技术限制与改进方向

5.1 现有技术限制

1. 信号稳定性：无线传播存在不确定性，可能导致位置跳变
2. 设备兼容性：对iPhone 11及以上版本可能不适用
3. 环境要求：需要在GPS信号弱的室内环境操作

5.2 改进方向

1. 开发GUI界面，提高易用性
2. 优化信号生成算法，提高稳定性
3. 研究新型手机GPS接收特性
4. 开发更精确的步频模拟装置

6. 伦理声明

本技术文档仅用于教育和技术研究目的，旨在提高对位置欺骗技术的认识。实际使用此类技术伪造跑步记录可能违反相关平台的使用条款，并可能对个人健康产生负面影响。建议用户通过真实的运动来保持健康。