自毀技術(shù)與裝置研究

郝英好　趙楠　線珊珊

摘要：當前的自毀技術(shù)應(yīng)用廣泛，在導(dǎo)彈、無人機與偵察系統(tǒng)、存儲設(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，使用強酸破壞芯片，引爆微型炸彈炸毀芯片等。文章對這些自毀技術(shù)與裝置進行了分析與討論。

關(guān)鍵詞：自毀技術(shù)；自毀裝置；導(dǎo)彈自毀；無人機自毀；存儲設(shè)備自毀 文獻標識碼：A

中圖分類號：TJ430 文章編號：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》曾報道，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)備在傳達任務(wù)詳情后會自動銷毀。實際上，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)爭時期，美國飛機在越南投下傳感器對敵軍動向進行偵察，如果這些傳感器被篡改就會自毀。如今，美國坦克上的計算機都裝有可以用GPS技術(shù)顯示所有車輛位置的系統(tǒng)。一旦計算機落入敵人手中，五角大樓可以遠程炸毀它。自毀技術(shù)也廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈、無人機與偵察系統(tǒng)、存儲設(shè)備與關(guān)鍵芯片、信息傳輸與通信等領(lǐng)域，以下進行簡要介紹。

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)定時間發(fā)生偏離，或者由于計劃改變，需要將導(dǎo)彈在合適的時間進行破壞。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)包括檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行裝置。檢測系統(tǒng)負責(zé)對導(dǎo)彈的故障進行檢測并對是否觸碰自毀條件做出判斷；控制系統(tǒng)負責(zé)收發(fā)信號和指令，一方面接收檢測系統(tǒng)傳遞的故障信號或者其他設(shè)備傳遞的遙控信號，并向執(zhí)行裝置發(fā)出自毀指令；執(zhí)行裝置負責(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（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)對導(dǎo)彈進行控制，實現(xiàn)自毀。并且可以對軟件的具體參數(shù)進行設(shè)定，實現(xiàn)實時自毀或者延時自毀。圖2為某型空空導(dǎo)彈自毀裝置的實物圖片，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 自毀裝置實物

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

2 無人機自毀技術(shù)

無人機自毀系統(tǒng)是無人機的重要組成部分，是實現(xiàn)無人機在非正常飛行狀態(tài)時的可靠自毀，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、計時模塊、信號處理模塊和自毀信號產(chǎn)生模塊等主要組件。飛行參數(shù)傳感器組實時監(jiān)控飛行器的各項指標，當飛行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，飛行參數(shù)傳感器組將時標監(jiān)測值經(jīng)過處理后輸入到自毀信號產(chǎn)生模塊中，對監(jiān)測值進行評估，做出是否自毀的判斷。

美國DARPA希望通過設(shè)計無人機自毀系統(tǒng)，在無人機飛行的過程中，自毀芯片可探測無人機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無人機，使它發(fā)生爆炸。在無人機被俘獲后也可發(fā)送信號到機上，使處理器自毀。這樣敵方就無法獲取無人機上的任何敏感信息了。

無人機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”自毀式無人機被高調(diào)公諸于世。從設(shè)計技術(shù)與功能來講，“彈簧刀”自毀式無人機更像一枚導(dǎo)彈。其可加裝彈藥，鎖定并飛臨目標上空時實現(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”自毀式無人機主要由特種部隊和其他特種作戰(zhàn)部隊使用。操作員可以事先把運行軌道的GPS數(shù)據(jù)輸入到“彈簧刀”的操作系統(tǒng)，這樣，當它飛抵目標時，就能自行爆炸，而不再需要人類下達“開火”命令了。

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

3 存儲設(shè)備與關(guān)鍵芯片自毀

存儲設(shè)備與關(guān)鍵芯片自毀涉及到固態(tài)硬盤、計算機、手機以及含有關(guān)鍵芯片的其他電子設(shè)備。一般在計算機、移動硬盤或者手機等電子設(shè)備丟失或者被非法侵入的時候使用。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)測機器內(nèi)表面體積波的變化輸出自毀信號等。

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，使存儲芯片或部件與高壓直接相連而燒毀，使得系統(tǒng)存儲的關(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)部存儲器和其他芯片。其方法是對NAND閃存進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)置強酸或微型炸彈腐蝕或者炸毀芯片

可以在系統(tǒng)內(nèi)置強酸或微型炸彈的方式進行自毀。系統(tǒng)內(nèi)部物理自毀模塊提供控制接口，在必要時通過接口破壞強酸的保護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)明了一種用電信號自毀硅芯片的新技術(shù)。在制作芯片時將硝酸釓加入多孔硅中制成“定時炸彈”，在需要時引爆它。利用這項技術(shù)，一旦移動電話或筆記本電腦被竊，便可通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個觸發(fā)信號，在觸發(fā)信號的作用下，含有硝酸釓“引爆劑”的多孔硅芯片會立即爆炸。

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)一樣保護信息。永久磁性的磁通量形成一個回路，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)明的自毀信息存儲芯片

微流自毀設(shè)備是微型機電系統(tǒng)的一個重要分支，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)），可以獨立完成一個或者多個任務(wù)?？梢栽O(shè)計成通過微流自毀設(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)

對于封閉式機器，通常采用智能自毀系統(tǒng)，其內(nèi)置掃頻監(jiān)控系統(tǒng)。當對封閉式機器進行非法拆機時，機器的體積波會發(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器是否處于安全狀態(tài)，若結(jié)果顯示“危險”，則向短路觸發(fā)開關(guān)發(fā)出命令，可短路儀器將被燒毀。封閉式機器的智能自毀系統(tǒng)有獨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)的獨立工作，而且在被保護機器沒有接通外部電源并停止工作時，如果自毀系統(tǒng)檢測到危險狀況并發(fā)出自毀指令，自毀系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)將使用自己的獨立電源迅速為被保護機器的電路通電，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)展以及移動網(wǎng)絡(luò)與通信系統(tǒng)的普及，人類越來越依賴于計算機與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與此同時，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、存儲在中間環(huán)節(jié)造成信息泄露等，這些問題對如何保護核心數(shù)據(jù)、商業(yè)機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)自毀機制的重要性便顯現(xiàn)出來。在分布式系統(tǒng)進行信息傳輸時，可通過設(shè)定數(shù)據(jù)密鑰周期的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)自毀；對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過發(fā)現(xiàn)和銷毀含有惡意節(jié)點的系統(tǒng)或裝置進行安全保護，如果無線傳感器是能量驅(qū)動的話，也可通過能量監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)低能量節(jié)點存在時執(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

對于分布式系統(tǒng)或者云存儲環(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)將自動銷毀，所有相關(guān)備份或副本也會不可訪問。

例如，當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被中間存儲設(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，一旦泄露就會造成意想不到的后果。如果張三在給李四發(fā)郵件前先進行數(shù)據(jù)加密，把密碼設(shè)定成有期限的，一旦過期，數(shù)據(jù)會自動銷毀，大大降低隱私泄露的機會。

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，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，首先采用自回歸方法對存儲器里的傳感器A產(chǎn)生的過去值進行預(yù)測，然后與傳感器A產(chǎn)生的現(xiàn)值進行比對，它們之間如果不能以某種既定規(guī)律對應(yīng)起來，那么啟動判定模塊對其進行判斷，如果判定為惡意節(jié)點，啟動自毀程序?qū)鞲衅鰽進行處理。自毀程序會擦除RAM中的敏感信息，并對其電池進行放電，最終將其從鄰居節(jié)點中消除。

圖6 惡意節(jié)點發(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能量驅(qū)動的節(jié)點進行監(jiān)控，并與預(yù)測性數(shù)據(jù)進行比對，如果發(fā)現(xiàn)存在低能量節(jié)點等異?，F(xiàn)象就啟動自毀程序。

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”項目還計劃開發(fā)一些先進的可溶解瞬態(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)也將不斷進步。中國在研制相關(guān)武器裝備時，應(yīng)自覺具備自毀概念，將自毀功能包含在設(shè)計需求之中。自毀裝置與系統(tǒng)是一把雙刃劍，如果作戰(zhàn)時自毀裝置與系統(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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作者簡介：郝英好，中國電子科技集團公司電子科學(xué)研究院工程師。

（責(zé)任編輯：周 瓊）