太空中的網絡安全問題

鄧招+張曉玉

摘 要：太空作為信息時代的關鍵戰略領域，正面臨著日益嚴重的網絡安全問題。論文首先闡述了太空與網絡空間的相互關系，然后分析了當前太空環境所面臨的各種網絡威脅，總結了美軍應對太空網絡安全威脅的最新舉措，提出了應高度重視未來太空與網絡空間跨域融合將帶來的新威脅。

關鍵詞：太空；網絡空間安全；網絡攻擊

中圖分類號：TP915.08 文獻標識碼：A

1 引言

當今，網絡黑客的威脅正提升到新的高度—太空。太空環境中的衛星、火箭、空基系統與車輛、太空電臺、衛星地面接收站以及相關網絡及數據中心等，都有可能成為黑客們的攻擊目標。

太空是信息時代獲取信息資源、提供全球互聯、奪取信息優勢的關鍵戰略領域，而太空系統是關系國家安全與國計民生的重要信息基礎設施。太空和其相關領域存在的網絡安全隱患將會成為國家、地區或國際安全問題。因此，在信息時代，太空和網絡在國家安全中的地位不斷得到提升。以美國為例，近年來頒布了一系列安全文件，將其戰略利益的范圍拓展到網絡和太空領域；組建“網軍”和“天軍”，為掌握“制網權”和“制天權”準備了強大的軍事后盾。經過多年在作戰理念和戰略部署上的細致規劃，美國已將網絡和太空納入其追求全方位優勢地位的戰略規劃中。

未來的戰場是陸、海、空、太空和網絡一體化的作戰空間，而太空為陸、海、空三軍創造了“軍力倍乘效應”。世界上大多數基礎設施都非常依賴空間技術，

比如美國國防部在全球88個國家和地區的4000多個軍事基地擁有超過1.5萬個電腦網絡，其全球定位、導彈預警和軍事通信等關鍵戰斗力均仰仗于衛星系統，因此，對衛星系統或航天器等的網絡襲擊可能導致美國的“全球性災難”。正如美空軍航天司令部司令約翰·雷蒙德2017年5月在由美眾議院武裝力量委員會舉行的“2018財年國家安全航天事業的優先事項與態勢”聽證會上強調，沒有太空的幫助，美軍的聯合部隊將一事無成。

太空和網絡空間作為與陸、海、空并列的新型作戰域，已嵌入到日益多樣化的現代武器系統中，并貫穿于整個作戰體系，太空和網絡空間能力一旦集成，將成為更加強大的力量倍增器。因此，有必要在理解太空與網絡空間相互關系的基礎上，研究當前太空環境所面臨的網絡威脅，以及美軍采取了哪些措施實現太空環境下的網絡安全，從而更好地探索太空安全以及與網絡空間的跨域融合等問題。

2 太空與網絡空間相互交織滲透

太空與網絡空間，作為未來軍事競爭戰略制高點，無論在戰場空間、作戰力量，還是作戰行動等各方面，既有許多共同特性，又相互交織滲透。

首先，太空為網絡空間作戰提供了全球鏈接。根據美《網絡空間作戰條令》，網絡空間包含物理網絡層、邏輯網絡層和網絡行為體層三個層次。其中，在物理網絡層，各類天基信息系統及相關地面設施為網絡空間數據的采集、傳輸、存儲、處理提供了傳感器、鏈路介質、服務器、計算機等軟硬件基礎設施，是全球網絡空間活動的關鍵物理依托。例如，美軍目前70%以上的通信、80%以上的情報偵察與監視、90%以上的精確武器制導，以及幾乎100%的氣象預報都依賴太空中的裝備。

其次，幾乎所有太空系統的運行都依賴網絡空間。根據美《太空作戰條令》，美軍將太空任務領域分為太空態勢感知、太空力量增強、太空支持、太空控制、太空力量應用五部分，其中，前四個最主要的任務領域都與網絡空間緊密相關。一是太空態勢感知任務領域，高度依賴網絡設施實現各類太空傳感器數據集成與利用；二是太空力量增強任務領域，必須通過天地一體化的信息收集、處理與分發網絡完成天基信息支援行動；三是太空支持任務領域，依靠龐大的跟蹤、測量與控制網絡維護和運行太空能力；四是太空控制任務領域，對敵方太空系統的攻擊可通過網絡攻擊來實現。

第三，網絡和太空都是掌握信息權的關鍵領域。信息是一種重要的戰略資源，網絡和太空是信息傳播的重要途徑。計算機網絡是信息戰的主要指揮系統，而衛星系統是網絡化作戰系統獲取信息的源頭，二者相互交織成一張巨大的信息網絡，影響力遍及社會生活的方方面面，直接關系到國家的國防、能源、金融等系統的正常運行。

鑒于太空與網絡空間作戰體系的相互依存，任務領域的相互交織，因此，美軍《太空作戰條令》、《網絡空間作戰條令》均明確要求“在聯合作戰規劃的全過程都應解決太空與網絡空間的連接問題”。同時《太空作戰條令》還要求網絡司令部負責國防部信息網絡的使用與防御行動，計劃、協調、監管或指揮衛星通信網絡規劃，開展包括監管、管理、控制衛星通信資源在內的行動等太空作戰保障事務。

3 太空系統所面臨的網絡威脅

太空系統所面臨的潛在網絡威脅可能包括國家間軍事行動、希望尋求經濟利益且掌握大量資源的有組織犯罪分子、計劃利用衛星碰撞等災難事件實現訴求的恐怖組織乃至希望展示個人技術水平的黑客等。太空環境所面臨的網絡威脅主要有六個方面。

3.1 針對空基系統的網絡攻擊

目前，美國和其他國家空基戰略資產存在嚴重的網絡漏洞，空基監視系統正在受到干擾和威脅，面臨多種形式的網絡風險，包括對通信和導航網絡的干擾、欺騙或劫持，瞄準或劫持控制系統或用于執行任務的特定電子裝備，關閉衛星、改變其軌道或通過毀壞性輻射來損壞其太陽能電池。此外，還可對地面衛星控制系統實施打擊。同時，還可以直接拒止網絡空間對天基信息系統的使用，在太空域中切斷網絡空間數據采集、處理、傳輸所依賴的鏈路和節點，當然這需要對太空系統直接發動攻擊，成本和風險較高。

3.2 針對衛星系統的網絡攻擊

即敵方利用接收途徑和各種軟硬件所存在的“后門”漏洞，通過欺騙手段將網絡病毒和分布式拒絕服務工具等網絡空間武器遠程植入或無線侵入到對方的衛星測控網絡，注入惡意上傳指令，或對其星載計算機進行滲透、篡改、竊密和潛伏遙控，使星載工作設備陷入間歇性或全面性癱瘓，或誘騙星載計算機非正常操縱衛星姿軌，甚至誘使衛星熱管理系統失效，從而引發星載電子設備燒毀甚至爆炸，造成永久性物理破壞。endprint

3.3 針對指控系統的網絡攻擊

當前，主要國家的太空作戰指揮控制中心，既是太空態勢感知信息匯聚中心，又是太空資源調度與任務分派中心。敵方利用計算機成像、電子顯示、語音識別與合成、傳感、虛擬現實等技術制造各類假消息、假命令以及虛擬現實信息，并綜合運用網絡空間攻擊手段將其發布和傳播至對方太空態勢感知與指揮控制網絡，將誘使對方太空作戰指揮系統做出錯誤判斷，使其采取利與己方的行動，進而達成影響和削弱對手指揮控制能力的目的，取得戰略戰術上的有利態勢。

3.4 針對天基信息鏈路的網絡攻擊

對手可結合電子戰、信息戰，實施網絡電磁頻譜干擾，阻斷星上、星下遙測遙控信號，干擾對方的天基信息系統數據分發鏈路。

3.5 針對GPS的網絡欺騙和干擾

美軍已研究可利用射頻信號發生器產生偽造的GPS電文信息，接收機處理后產生的欺騙性計算結果將“順流而下”進入后續系統，引發后續系統自身的漏洞（如類似千年蟲的操作系統時間漏洞），造成后續系統崩潰，從而實現網絡攻擊意圖。

3.6 針對地面基礎設施的網絡攻擊

對地面基礎設施，如衛星控制中心、相關的網絡和數據中心實施攻擊，可導致潛在的全球性影響。

4 美軍應對太空網絡安全威脅的新舉措

太空穩定性是美國重要的國家安全利益。美國部隊的作戰優勢很大程度上依賴于太空支持，而當今有能力削弱或摧毀美國太空能力的國家數量越來越多，因此，美國的太空系統在未來危機或沖突中遭到攻擊的可能性也越來越大。為了有效應對這些威脅，近年來，美軍在機構調整、裝備技術研發、演習探索實踐、軍隊建設等各方面，采取了一系列舉措推進太空網絡安全作戰力量的發展，確保美軍的太空優勢。

4.1 加強頂層統管，確保太空成為國家安全優先事項

目前，美國國家安全航天力量分散在國防部和國家情報部門手中，尚未實現實質上的統一領導和監管。為確保太空成為國家安全優先事項，美軍采取多種舉措加強了太空領域的頂層統管。

（1）設立國防部首席太空顧問統籌太空事務發展。2015年10月，美國防部設立首席太空顧問（PDSA），該職位由美空軍部長擔任，同時任國防太空委員會（DSC）主席。PDSA作為國防部層面的太空事務執行機構，其主要職責包括：協調不同部門太空系統采辦以及其他太空事務的統籌發展；審查并監管美軍太空領域發展，包括太空政策、戰略、計劃等；就太空問題向國防部提供獨立咨詢建議。另外，國防太空委員會作為國防部層面的重要咨詢機構，協調太空事項并給予解決建議，就美軍太空能力建設提供戰略性指南，確保太空系統建設的一致性。

（2）設立負責太空作戰的副參謀長。2017年6月16日，美空軍批準設立負責太空作戰的副參謀長的職位，計劃在8月1日前行使職權。該職務將由中將擔任，一方面承擔顧問職能，就太空力量建設問題為美空軍部長和參謀長提供咨詢建議；另一方面行使監管職能，協調美空軍太空力量建設，減少目前存在的官僚條塊分割，優化決策流程，實現太空部隊的高效組織、訓練和裝備配備，滿足未來對抗環境中的作戰需求，以保護美軍太空系統，實現太空行動自由。

（3）重設國家航天委員會。2017年6月30日，美國總統特朗普簽署行政令，要求重新設立“國家航天委員會”，由副總統邁克·彭斯擔任委員會主席。實際上是向世界發出一個明確信號，即美國正在重建太空領導力。美國將從國家視角來識別太空機會和威脅，把開發太空資源與維護太空安全統一起來，建設強大高效的太空能力，謀求全方位太空優勢。

（4）設立“國家太空防御中心”，并開始具備初始作戰能力。“國家太空防御中心”是美國防部落實“第三次抵消戰略”的首個實體機構。在戰略層面，該機構是美國為應對太空威脅而強化戰略威懾的一項重要措施；在戰術層面，成立該機構的主要目的是提升美國隊太空系統進行快速探測、預警、描述、分類以及威脅防御的能力，并建立國防部、國家偵察局、商業機構乃至國際盟友之間對太空力量的協同作戰指揮與控制能力。

4.2 在裝備與網絡技術研發中，注重太空與網絡空間一體化集成

在裝備與技術發展規劃中，將太空與網絡空間一體化集成列為重要目標。2015年2月，美軍發布《空軍航天司令部長期科技挑戰》備忘錄，該文件明確將太空和網空作戰視為所有軍事作戰的支柱，詳細梳理了未來軍事航天和網絡空間科學技術的發展需求。要求發展增強戰場管理與指揮、控制和通信（BMC3）的革命性能力，支持太空和網絡空間作戰以及多域集成作戰；研發能夠綜合太空和網絡空間、情報監視和偵察（ISR）以及各種空、地平臺數據，并實現任務態勢感知的數據融合和可視化工具，以快速制定和評估跨域行動方案。

文件還強調，隨著太空支持下的網絡空間作戰以及網絡空間支持下的太空作戰的不斷成熟，必須研發識別和連接太空和網絡空間“縫隙”的技術，確保空軍航天司令部所有系統相互支持、增強、補充和兼容，通過一體化集成，增強威脅環境中作戰體系的彈性。2016年8月，美空軍航天司令部再次更新該文件，系統提出未來10～30年需要實現的11項關鍵技術能力，其中專門針對“太空與網絡交叉領域”，重點發展人工智能、認知電子戰、先進數據分析技術三大類共11項核心技術，以期提升太空和網絡集成作戰的態勢感知、指揮控制能力和作戰效能。

4.3 大力推進新興技術的研究和部署，實現顛覆性創新

（1）開發新一代可免遭網絡攻擊影響的PNT技術。美國DARPA以及陸軍新興技術辦公室致力于開發不再依賴于傳統GPS技術手段的下一代定位、導航與授時 （簡稱PNT）技術，計劃于2018年年初對該技術套件進行實操評估。新一代PNT系統將依賴長距離商用電磁波（類似于數字電視節目信號發射機制）或者天然存在的雷電電波，即由雷擊引發的電波，從而實現對冷原子的干涉測量技術。美國早期以DARPA為主導，開始微定位導航授時（Micro-PNT）技術的研究，利用微電子和微機電系統（MEMS）技術的進展，開發芯片級精確慣導裝置。PNT技術一旦研制成功，不但可以解決傳統GPS技術受電磁及網絡空間干擾的問題，還將對現有導航體系的發展產生革命性影響。endprint

（2）開始空間腦控系統的研究和部署。面對空間對抗、態勢感知等任務的多樣性和復雜性，空間腦控技術逐漸成為近些年的熱點研究領域，以美國為首的軍事強國開始投入巨資展開相關研究，借助軍民融合的SpaceX等先進企業大力發展基于腦-機接口的空間機器人等設備。腦控系統是一類非常特殊的人機融合控制系統。在腦控系統中，人腦和計算機緊密結合，體現了生物智能和人工智能的結合，作為一門多學科交叉的新興研究領域，腦控系統既有廣闊的發展前景，也將面臨一系列嚴峻的挑戰，尤其是可能的軍事化應用，更是吸引了眾多航天強國的關注。從應用上講，腦控系統對未來空間攻防、空間態勢感知、空間在軌操作等均有可能帶來顛覆性影響，而美國作為航天系統的引領，已經開始空間腦控系統的研究和部署，并將進一步探索和發展新的腦電信號模式，研究高性能控制信號轉換算法和腦控系統的智能化，以及人機融合系統的理論和方法等。

4.4 開展概念探索與演習實踐，加強太空與網絡空間作戰技戰術的演練

（1）“施里弗”演習。太空和網絡空間是兩個全新的作戰領域，兩者相互交織、互為影響。為了探索二者之間的互動關系，美軍從2009年開始（第五次“施里弗”演習），將網絡空間對抗引入“施里弗”太空作戰模擬演習，探索太空對抗與網絡空間對抗的融合問題。隨后，在歷年“施里弗”演習中，就演習結果不斷調整演習目的，在探索太空與網絡空間融合的基礎上，積極發展在太空和網絡空間集成環境下有效的作戰概念、作戰條令、戰術戰法，進一步發揮力量倍增器的效果。例如，在“施里弗”-2014演習中，美軍立足未來區域沖突，檢驗驗證了太空與網絡空間作戰集成涉及的作戰規劃、威懾運用、指揮控制、戰術戰法，以及太空態勢感知信息、網絡空間態勢感知信息和其他信息的融合。隨后的“施里弗”-2015和2016演習，則均以“與美國太空和網絡實力相當的競爭對手”為假想敵，重點演練太空對抗中的網絡干擾、信息攻擊、電子戰等。

（2）“太空旗”演習。2017年5月，美空軍舉行了首次“太空旗”演習，這是美空軍新創辦的一種演習活動，不同于“施里弗”演習，“太空旗”重在提升作戰人員的太空作戰的技戰術水平，為應對可能的太空沖突做準備。美空軍將為“太空旗”演習研發類似“紅旗”軍演的訓練系統，模擬太空試驗與訓練環境，將指揮太空及網絡系統的方式與提供全球作戰效能真正結合起來。美空軍計劃每年舉行兩次演習。

（3）太空網絡挑戰賽。2017年6月，美空軍在2017年國家安全局網絡防御演習中舉行了首次“太空網絡挑戰賽”，旨在幫助“增強對太空網絡安全挑戰及安全理念的認識”，驗證網絡技能，測試了構建、強化太空任務網絡并防護其免受網絡攻擊的能力，有利于持續增強多域能力，限制安全風險，并獲得新型解決方案從而更好地在全球共享信息。

4.5 建立、完善威脅溯源與報復手段，加快太空態勢感知裝備體系建設

美國高度重視威脅溯源手段建設，將太空態勢感知能力作為重中之重，加大投資，優先發展，確保美國能夠及時準確地掌握其他國家太空行為與意圖，及時發現對美國太空系統的干擾和攻擊，鎖定攻擊對手，為預警和追查太空攻擊奠定基礎，為報復和打擊對手提供強大支持。

按規劃，2015-2020財年美軍將投入60億美元用于發展太空態勢感知能力。2018財年預算申請中，美空軍對太空態勢感知項目做出新的調整，目的是使其更好地為提升美國太空業務整體彈性服務。美軍還計劃在2016～2020財年投入50億美元用于應對太空威脅，包括2016財年中20億美元用于太空控制，2017財年中1.44億美元用于“衛星通信對抗系統”（CCS）、1.58億美元用于“太空安全與防務計劃”，發展進攻性太空能力。

同時，美軍高度重視太空態勢感知裝備建設的發展，建設了軍用天地一體、高軌低軌覆蓋、廣域監測與局域詳查相結合的太空態勢感知裝備體系，形成覆蓋全球主要地區、可探測高軌微小目標、近實時的太空態勢感知能力。2016年建成地球同步軌道巡視詳查4星星座；整合了全球100多個民商用地面傳感器；2017年計劃在澳大利亞部署新一代地基光學太空監視裝備，2018年部署新一代地基雷達太空監視裝備，縮短感知時間，提高探測精度，擴大覆蓋范圍，實戰能力將進一步提升。

4.6 謀劃成立“天軍”，打造獨立太空部隊

針對美軍長期太空力量建設和監管分散化的問題，2015年7月，美國政府問責局（GAO）發布報告稱，在國防部成立獨立“太空部隊”是美軍內部重點探討的改革方向之一。“太空部隊”將把美國國家偵察局和國防部所有太空力量集中在一起，以更好規劃、協調國家太空安全活動，減少太空領域發展受到的干擾，并使得太空領域獲得更高關注度。該設想得到美國眾議院軍事委員會戰略力量小組委員會主席麥克·羅杰斯支持。羅杰斯近期表示，盡管美空軍已成為世界級軍 隊，但太空事項只是美空軍十二項核心職能之一，太空事項不應由負責管理戰斗機和轟炸機的空軍人員來領導。可先在美空軍內部創建一支獨立的“太空部隊”，負責太空軍事作戰，這是未來在國防部內創建完全獨立“天軍”軍種的關鍵一步。

2017年6月22日，美眾議院軍事委員會在2018年財年《國防授權法案》太空項目提案中要求在2019年1月1日前建立“太空部隊”，作為空軍部內部的獨立軍種，由太空部隊參謀長主管，通過空軍部長和太空部隊參謀長磋商決定組成該部隊的辦公室和官員。

5 結束語

太空和網絡空間優勢通常不需要以獲取其他領域的作戰優勢為前提，而其他領域的優勢卻往往以獲取這兩大領域的優勢為前提。因此，太空和網絡空間作為新興作戰領域，在未來高端戰爭中必將扮演越來越重要的角色。為應對日益競爭、擁擠、對抗的太空與網絡空間環境，美軍一方面積極探索太空與網絡空間跨域融合，期望在二者交織領域率先開辟新的戰場空間，并搶先制定跨域融合的規則秩序，謀求對全球公域的控制實現無縫連接。另一方面，通過太空與網絡空間作戰跨域協同等研究，催生出一大批顛覆性技術及其物化的新興武器裝備，對潛在對手構成新的威脅，進一步穩固美軍的軍事技術優勢和全球霸主地位。這些必將對未來戰爭形態產生難以估量的影響，值得我們高度重視。

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