自毀技術(shù)與裝置研究

郝英好　趙楠　線珊珊

摘要：當(dāng)前的自毀技術(shù)應(yīng)用廣泛，在導(dǎo)彈、無人機(jī)與偵察系統(tǒng)、存儲(chǔ)設(shè)備與關(guān)鍵芯片、信息傳輸與通信等領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用。自毀方法種類繁多，如通過數(shù)據(jù)重寫、磁性破壞、銷毀密鑰等方式銷毀數(shù)據(jù)，采用高壓電路設(shè)置或過流操作燒毀電路，使用強(qiáng)酸破壞芯片，引爆微型炸彈炸毀芯片等。文章對(duì)這些自毀技術(shù)與裝置進(jìn)行了分析與討論。

關(guān)鍵詞：自毀技術(shù)；自毀裝置；導(dǎo)彈自毀；無人機(jī)自毀；存儲(chǔ)設(shè)備自毀 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TJ430 文章編號(hào)：1009-2374（2015）14-0030-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.015

新加坡《聯(lián)合早報(bào)》曾報(bào)道，美國軍方將斥巨資研發(fā)能讓電子設(shè)備在丟失或特定條件下自毀的技術(shù)，就如好萊塢大片《碟中諜》那樣，錄音設(shè)備在傳達(dá)任務(wù)詳情后會(huì)自動(dòng)銷毀。實(shí)際上，美國五角大樓使用自毀技術(shù)的歷史已經(jīng)有幾十年了。越南戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，美國飛機(jī)在越南投下傳感器對(duì)敵軍動(dòng)向進(jìn)行偵察，如果這些傳感器被篡改就會(huì)自毀。如今，美國坦克上的計(jì)算機(jī)都裝有可以用GPS技術(shù)顯示所有車輛位置的系統(tǒng)。一旦計(jì)算機(jī)落入敵人手中，五角大樓可以遠(yuǎn)程炸毀它。自毀技術(shù)也廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈、無人機(jī)與偵察系統(tǒng)、存儲(chǔ)設(shè)備與關(guān)鍵芯片、信息傳輸與通信等領(lǐng)域，以下進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1 導(dǎo)彈自毀技術(shù)

導(dǎo)彈自毀系統(tǒng)的主要功能是在導(dǎo)彈發(fā)生故障，或者由于外在因素導(dǎo)致導(dǎo)彈與原定路線，或者預(yù)定時(shí)間發(fā)生偏離，或者由于計(jì)劃改變，需要將導(dǎo)彈在合適的時(shí)間進(jìn)行破壞。導(dǎo)彈自毀系統(tǒng)必須安全，可靠性高，既要保證“故障彈”100%完成自毀，又要保證“非故障彈”100%不受自毀系統(tǒng)影響而發(fā)生爆炸或者系統(tǒng)故障。導(dǎo)彈自毀系統(tǒng)包括檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行裝置。檢測(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)導(dǎo)彈的故障進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)是否觸碰自毀條件做出判斷；控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)收發(fā)信號(hào)和指令，一方面接收檢測(cè)系統(tǒng)傳遞的故障信號(hào)或者其他設(shè)備傳遞的遙控信號(hào)，并向執(zhí)行裝置發(fā)出自毀指令；執(zhí)行裝置負(fù)責(zé)執(zhí)行導(dǎo)彈自毀指令。導(dǎo)彈自毀系統(tǒng)的工作流程見圖1：

圖1 導(dǎo)彈自毀系統(tǒng)工作流程圖

導(dǎo)彈自毀技術(shù)可以分為機(jī)械自毀技術(shù)和電子自毀技術(shù)。現(xiàn)在的導(dǎo)彈一般采用電子自毀技術(shù)。電子自毀技術(shù)主要采用專用IC集成電路或者微功耗單片機(jī)（微處理器）自毀裝置，利用預(yù)設(shè)軟件程序或者電子遙控技術(shù)對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自毀。并且可以對(duì)軟件的具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自毀或者延時(shí)自毀。圖2為某型空空導(dǎo)彈自毀裝置的實(shí)物圖片，重量小于10g，安裝在空間很小的導(dǎo)彈引戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)。

圖2 自毀裝置實(shí)物

美國2012年為沙特阿拉伯生產(chǎn)1300枚經(jīng)過軟件改進(jìn)設(shè)計(jì)、裝有傳感器引信的集束彈藥。每個(gè)集束彈藥攜帶10枚BLU-108子彈藥，每個(gè)子彈藥裝有4個(gè)“斯基特”戰(zhàn)斗部。這些戰(zhàn)斗部由被動(dòng)紅外傳感器引導(dǎo)飛向目標(biāo)，如果未獲取目標(biāo)即啟動(dòng)自毀模式和自行失效裝置，就不會(huì)在戰(zhàn)場(chǎng)上遺留危險(xiǎn)的未爆彈藥。對(duì)于核導(dǎo)彈來說，在導(dǎo)彈發(fā)生需要進(jìn)行自毀的情況時(shí)，不能簡(jiǎn)單地啟動(dòng)自毀裝置進(jìn)行炸毀，否則有可能發(fā)生核爆。處理此類情況時(shí)，自毀系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)成雙保險(xiǎn)自毀系統(tǒng)，即自毀系統(tǒng)既要保證對(duì)核彈頭進(jìn)行破壞使其失效，又要保證核彈頭在特定時(shí)間和區(qū)域內(nèi)不發(fā)生核爆。這些功能均可通過軟硬件設(shè)計(jì)形成，通常的做法是設(shè)計(jì)“密碼鎖”，在激活核武器系統(tǒng)元件時(shí)輸入密碼，避免發(fā)生核爆。

2 無人機(jī)自毀技術(shù)

無人機(jī)自毀系統(tǒng)是無人機(jī)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在非正常飛行狀態(tài)時(shí)的可靠自毀，主要采用以高性能芯片為核心的數(shù)字電路，包括飛行參數(shù)傳感器組、計(jì)時(shí)模塊、信號(hào)處理模塊和自毀信號(hào)產(chǎn)生模塊等主要組件。飛行參數(shù)傳感器組實(shí)時(shí)監(jiān)控飛行器的各項(xiàng)指標(biāo)，當(dāng)飛行狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，飛行參數(shù)傳感器組將時(shí)標(biāo)監(jiān)測(cè)值經(jīng)過處理后輸入到自毀信號(hào)產(chǎn)生模塊中，對(duì)監(jiān)測(cè)值進(jìn)行評(píng)估，做出是否自毀的判斷。

美國DARPA希望通過設(shè)計(jì)無人機(jī)自毀系統(tǒng)，在無人機(jī)飛行的過程中，自毀芯片可探測(cè)無人機(jī)突然變化的海拔高度，若高度非正常下降至門限值以下就燒毀電路或控制整個(gè)無人機(jī)，使它發(fā)生爆炸。在無人機(jī)被俘獲后也可發(fā)送信號(hào)到機(jī)上，使處理器自毀。這樣敵方就無法獲取無人機(jī)上的任何敏感信息了。

無人機(jī)自毀還可以作為攻擊性武器。2011年，美國加利福尼亞航空環(huán)境公司的“彈簧刀”自毀式無人機(jī)被高調(diào)公諸于世。從設(shè)計(jì)技術(shù)與功能來講，“彈簧刀”自毀式無人機(jī)更像一枚導(dǎo)彈。其可加裝彈藥，鎖定并飛臨目標(biāo)上空時(shí)實(shí)現(xiàn)自毀式爆炸，故其功能與小型巡航導(dǎo)彈相似。目前，“彈簧刀”自毀式無人機(jī)主要由特種部隊(duì)和其他特種作戰(zhàn)部隊(duì)使用。操作員可以事先把運(yùn)行軌道的GPS數(shù)據(jù)輸入到“彈簧刀”的操作系統(tǒng)，這樣，當(dāng)它飛抵目標(biāo)時(shí)，就能自行爆炸，而不再需要人類下達(dá)“開火”命令了。

圖3 彈簧刀裝有一個(gè)小型的彈頭，可以變成遠(yuǎn)程遙控或者自主制導(dǎo)的“手榴彈”

3 存儲(chǔ)設(shè)備與關(guān)鍵芯片自毀

存儲(chǔ)設(shè)備與關(guān)鍵芯片自毀涉及到固態(tài)硬盤、計(jì)算機(jī)、手機(jī)以及含有關(guān)鍵芯片的其他電子設(shè)備。一般在計(jì)算機(jī)、移動(dòng)硬盤或者手機(jī)等電子設(shè)備丟失或者被非法侵入的時(shí)候使用。自毀方式主要包括通過數(shù)據(jù)重寫的方法刪除數(shù)據(jù)、通過過流電源燒毀芯片、通過微流自毀設(shè)備破壞磁性數(shù)據(jù)、通過內(nèi)部掃頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)機(jī)器內(nèi)表面體積波的變化輸出自毀信號(hào)等。

3.1 數(shù)據(jù)重寫

數(shù)據(jù)重寫是利用無意義的代碼重寫整個(gè)固態(tài)硬盤，從而刪除硬盤上的所有數(shù)據(jù)。這種重寫、刪除數(shù)據(jù)的辦法能夠保證之前存儲(chǔ)在設(shè)備上的數(shù)據(jù)無法被恢復(fù)，將SSD恢復(fù)成出廠數(shù)據(jù)。

3.2 過流電源燒毀芯片

燒毀芯片的方式是通過在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置高壓電路，與關(guān)鍵芯片、關(guān)鍵部件相連，系統(tǒng)自毀時(shí)接通升壓芯片，芯片產(chǎn)生的高壓由邏輯開關(guān)控制，關(guān)鍵觸發(fā)器觸發(fā)開關(guān)的打開，使存儲(chǔ)芯片或部件與高壓直接相連而燒毀，使得系統(tǒng)存儲(chǔ)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和程序的徹底丟失，系統(tǒng)無法繼續(xù)使用。

固態(tài)硬盤供應(yīng)商RunCore研制的InVincible SSD產(chǎn)品，是一款擁有自我毀滅功能的固態(tài)硬盤。除通過重寫方式來刪除數(shù)據(jù)外，還可通過燃燒芯片方式完全摧毀其內(nèi)部存儲(chǔ)器和其他芯片。其方法是對(duì)NAND閃存進(jìn)行過流操作從而摧毀SSD內(nèi)部的記憶芯片，消除數(shù)據(jù)。

3.3 內(nèi)置強(qiáng)酸或微型炸彈腐蝕或者炸毀芯片

可以在系統(tǒng)內(nèi)置強(qiáng)酸或微型炸彈的方式進(jìn)行自毀。系統(tǒng)內(nèi)部物理自毀模塊提供控制接口，在必要時(shí)通過接口破壞強(qiáng)酸的保護(hù)層或接通微型炸彈的引爆電路破壞系統(tǒng)。美國圣迭戈加利福尼亞大學(xué)的邁克爾·塞勒和他領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)明了一種用電信號(hào)自毀硅芯片的新技術(shù)。在制作芯片時(shí)將硝酸釓加入多孔硅中制成“定時(shí)炸彈”，在需要時(shí)引爆它。利用這項(xiàng)技術(shù)，一旦移動(dòng)電話或筆記本電腦被竊，便可通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，在觸發(fā)信號(hào)的作用下，含有硝酸釓“引爆劑”的多孔硅芯片會(huì)立即爆炸。

3.4 微流自毀設(shè)備破壞磁性數(shù)據(jù)

微流自毀設(shè)備可以用于微晶片中。飛利浦發(fā)明的自毀信息存儲(chǔ)芯片將記憶膜放在一片軟金屬中，然后覆蓋上另一片平面磁性薄膜。如果集成電路片的包裝完好的話，金屬外層可以像鐵絲網(wǎng)一樣保護(hù)信息。永久磁性的磁通量形成一個(gè)回路，避免磁通量經(jīng)過MRAM記憶部分。如果有人想要打開外層獲取記憶膜，不穩(wěn)定回路將被切斷，電路片中的磁性數(shù)據(jù)就會(huì)瞬間被經(jīng)過的磁通量破壞，見圖4：

圖4 飛利浦公司發(fā)明的自毀信息存儲(chǔ)芯片

微流自毀設(shè)備是微型機(jī)電系統(tǒng)的一個(gè)重要分支，是許多微系統(tǒng)傳感器的重要部分，其攜帶組件包括微型傳感器、微泵、微閥、微型噴霧器、微型渠道。微流自毀設(shè)備的特點(diǎn)包括集成和批產(chǎn)。

典型的微流自毀設(shè)備由許多部分集成（可包括IC控制系統(tǒng)），可以獨(dú)立完成一個(gè)或者多個(gè)任務(wù)。可以設(shè)計(jì)成通過微流自毀設(shè)備使兩種液體混合成腐蝕性的化學(xué)品，噴到電路片表面，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存自毀功能，參見圖5：

圖5 微流自毀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.5 含內(nèi)部掃頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能自毀系統(tǒng)

對(duì)于封閉式機(jī)器，通常采用智能自毀系統(tǒng)，其內(nèi)置掃頻監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)對(duì)封閉式機(jī)器進(jìn)行非法拆機(jī)時(shí)，機(jī)器的體積波會(huì)發(fā)生變化并被內(nèi)部掃頻系統(tǒng)監(jiān)控到，之后，異常信息將被反饋到基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自毀控制器；自毀控制器可以根據(jù)不同的反饋信息判斷機(jī)器是否處于安全狀態(tài)，若結(jié)果顯示“危險(xiǎn)”，則向短路觸發(fā)開關(guān)發(fā)出命令，可短路儀器將被燒毀。封閉式機(jī)器的智能自毀系統(tǒng)有獨(dú)立的電池以及電池管理系統(tǒng)，其不僅可以維持自毀系統(tǒng)的獨(dú)立工作，而且在被保護(hù)機(jī)器沒有接通外部電源并停止工作時(shí)，如果自毀系統(tǒng)檢測(cè)到危險(xiǎn)狀況并發(fā)出自毀指令，自毀系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)將使用自己的獨(dú)立電源迅速為被保護(hù)機(jī)器的電路通電，智能自毀控制器的短路觸發(fā)控制開關(guān)閉合，系統(tǒng)燒毀。

4 信息傳輸與通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)自毀

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與通信系統(tǒng)的普及，人類越來越依賴于計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與此同時(shí)，信息的安全問題也隨之凸顯。黑客入侵信息系統(tǒng)竊取核心數(shù)據(jù)和商業(yè)機(jī)密；服務(wù)商出現(xiàn)內(nèi)鬼竊取和散布用戶隱私；信息大量復(fù)制、存儲(chǔ)在中間環(huán)節(jié)造成信息泄露等，這些問題對(duì)如何保護(hù)核心數(shù)據(jù)、商業(yè)機(jī)密和隱私信息提出了挑戰(zhàn)。建立信息傳輸與通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)自毀機(jī)制的重要性便顯現(xiàn)出來。在分布式系統(tǒng)進(jìn)行信息傳輸時(shí)，可通過設(shè)定數(shù)據(jù)密鑰周期的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自毀；對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過發(fā)現(xiàn)和銷毀含有惡意節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)或裝置進(jìn)行安全保護(hù)，如果無線傳感器是能量驅(qū)動(dòng)的話，也可通過能量監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)低能量節(jié)點(diǎn)存在時(shí)執(zhí)行自毀程序。

4.1 分布式系統(tǒng)信息傳輸中的數(shù)據(jù)自毀

對(duì)于分布式系統(tǒng)或者云存儲(chǔ)環(huán)境的數(shù)據(jù)傳輸，也可以使用基于密碼或密鑰的加密系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自毀方法，通過控制密鑰的生命周期實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自毀。在密鑰生命周期結(jié)束后，無需用戶操作，數(shù)據(jù)將自動(dòng)銷毀，所有相關(guān)備份或副本也會(huì)不可訪問。

例如，當(dāng)張三和李四之間要收發(fā)郵件，張三的郵箱是zhangsan@163.com，而李四的郵箱是lisi@gmail.com。張三發(fā)給李四的郵件含有他們的隱私圖片或者信息。但是，一旦發(fā)送了郵件，這些圖片或者信息在傳輸過程中就會(huì)被中間存儲(chǔ)設(shè)備和電子郵箱的服務(wù)器備份或緩存。而這些備份或緩存是張三和李四無法掌握的，一旦泄露就會(huì)造成意想不到的后果。如果張三在給李四發(fā)郵件前先進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，把密碼設(shè)定成有期限的，一旦過期，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)銷毀，大大降低隱私泄露的機(jī)會(huì)。

4.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自毀

我們可以通過自毀系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的惡意節(jié)點(diǎn)，并將其排除在網(wǎng)絡(luò)之外。假設(shè)傳感器A有可能是惡意節(jié)點(diǎn)，首先采用自回歸方法對(duì)存儲(chǔ)器里的傳感器A產(chǎn)生的過去值進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后與傳感器A產(chǎn)生的現(xiàn)值進(jìn)行比對(duì)，它們之間如果不能以某種既定規(guī)律對(duì)應(yīng)起來，那么啟動(dòng)判定模塊對(duì)其進(jìn)行判斷，如果判定為惡意節(jié)點(diǎn)，啟動(dòng)自毀程序?qū)鞲衅鰽進(jìn)行處理。自毀程序會(huì)擦除RAM中的敏感信息，并對(duì)其電池進(jìn)行放電，最終將其從鄰居節(jié)點(diǎn)中消除。

圖6 惡意節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)與自毀程序

無線傳感器的另一種自毀方法是通過對(duì)能量驅(qū)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，并與預(yù)測(cè)性數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果發(fā)現(xiàn)存在低能量節(jié)點(diǎn)等異常現(xiàn)象就啟動(dòng)自毀程序。

5 結(jié)語

自毀裝置與系統(tǒng)的種類很多，包括采用數(shù)據(jù)重寫、磁性破壞、銷毀密鑰等方式將數(shù)據(jù)銷毀，采用高壓電路設(shè)置或過流操作燒毀電路、使用強(qiáng)酸破壞芯片、引爆微型炸彈炸毀芯片等方法。而美國DARPA宣布的“消失可編程資源”項(xiàng)目還計(jì)劃開發(fā)一些先進(jìn)的可溶解瞬態(tài)電子設(shè)備。隨著電子信息技術(shù)與材料學(xué)的發(fā)展，自毀技術(shù)也將不斷進(jìn)步。中國在研制相關(guān)武器裝備時(shí)，應(yīng)自覺具備自毀概念，將自毀功能包含在設(shè)計(jì)需求之中。自毀裝置與系統(tǒng)是一把雙刃劍，如果作戰(zhàn)時(shí)自毀裝置與系統(tǒng)被敵軍掌握，就可能導(dǎo)致該武器裝備被輕而易舉地消滅。如何更好地使用自毀技術(shù)而又避免其弊端是我們需要深入研究的問題。

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作者簡(jiǎn)介：郝英好，中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院工程師。

（責(zé)任編輯：周 瓊）