光纖傳輸系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)及對策

韓剛

【摘要】 光纖通信在當(dāng)今的信息通訊時(shí)代得到了及其廣泛的應(yīng)用，而且隨著光纖通信傳輸技術(shù)的不斷提高與發(fā)展，光纖通信已經(jīng)具備了信息質(zhì)量好、抗失真、保密性以及大容量等特點(diǎn)，這些都確保了光纖通信的信息質(zhì)量。然而不盡如人意的是，現(xiàn)階段的光纖通信仍然存在一些安全風(fēng)險(xiǎn)，因而本文主要圍繞光纖通信的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，首先揭示了光纖通信在傳輸當(dāng)中存在的一些問題，其次對當(dāng)前存在的安全風(fēng)險(xiǎn)提出了一些對策以供大家參考。

【關(guān)鍵詞】 光纖傳輸 傳輸風(fēng)險(xiǎn) 安全對策

引言

光纖通信已經(jīng)成為現(xiàn)代通信的主要手段之一，這一切得益于光纖通信技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是在光纖通信的速率以及通信的質(zhì)量上技術(shù)優(yōu)勢提升明顯，我國局部地區(qū)還出現(xiàn)了單波道 40Gbit/s/10040Gbit/s的實(shí)驗(yàn)性商用光纖通信系統(tǒng)。

盡管如此，我國目前的光纖通信還存在不少安全隱患，這些隱患主要是光纖傳輸中的脆弱性、光纖傳輸中的誤碼以及漂移性能的問題，本文將對這些問題一一分析并提出相應(yīng)的對策。

一、當(dāng)前光纖通信傳輸中的安全風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 光纖傳輸?shù)拇嗳跣?/p>

1.1.1 物理層的脆弱性

雖然光纖通信以高質(zhì)量的信息傳輸而成為主要的通信手段之一，但是整體而言，光纖傳輸?shù)奈锢韺臃烙w系是比較薄弱的。雖然在經(jīng)過大部分地區(qū)的運(yùn)營商采取了光纖傳輸過程中的自愈保護(hù)技術(shù)和OLP技術(shù)來提高光纖傳輸?shù)奈锢韺臃烙?，這些措施的采取極大的改善了光纖傳輸一旦遇到故障，故障歷時(shí)太長的弊端，而且還為運(yùn)營商的維修隊(duì)伍贏得了充足的檢查、維修時(shí)間。

此外，隨著光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在也逐漸發(fā)展出了防御那些通過切斷光纖傳輸?shù)奈锢砉羰侄?。然而即便如此，?dāng)前的光纖傳輸還是在防御強(qiáng)光攻擊、弱光攻擊和防御利用光纖的微彎而進(jìn)行的信號竊聽的攻擊力有不逮，無能為力。

強(qiáng)光攻擊對光纖的物理傷害是最嚴(yán)重的、而且這種傷害通常是永久性的不可修復(fù)的。強(qiáng)光攻擊包括了主動攻擊和非主動攻擊，主動攻擊即是人們的蓄意破壞行為，通常傷害比較大；非主動攻擊則是由于工作人員的技術(shù)操作失誤而導(dǎo)致的意外性傷害。

以光纖傳輸中的光放大器部件為例，如果強(qiáng)光攻擊從光放大器的輸入端入侵，不但能將放大器完全摧毀，而且更嚴(yán)重的是對下游的通信傳輸設(shè)備造成物理損害，而由于這些關(guān)鍵器件的造價(jià)高昂，在實(shí)際的光纖傳輸中大部分運(yùn)營商并不會對這些板卡進(jìn)行備份，即便進(jìn)行了備份，這些板卡也通常集中在大城市如省會城市和直轄市等，間接拉長了更換板卡的修復(fù)時(shí)間，因此強(qiáng)光攻擊的傷害通常能夠使光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中的部分關(guān)鍵器件受到永久性傷害。

而弱光攻擊雖然給光纖通信設(shè)備帶來的傷害不如強(qiáng)光攻擊，但是弱光攻擊通常會使通信的質(zhì)量下降，影響人們正常的信息交流。弱光攻擊按照攻擊方式的不同可以分為兩大類：帶外干擾的攻擊和帶內(nèi)干擾的攻擊。帶外干擾的攻擊原理是因?yàn)槠骷嬖谛孤痘蛘呤墙徊嬲{(diào)制效應(yīng)，這種效應(yīng)能夠削弱光纖通信的信息質(zhì)量，而這種情形下，攻擊者只需要在另一個(gè)放大帶寬內(nèi)其它波長的攻擊信號，直接進(jìn)行其它信號上的增益掠奪，如此可以使光纖通信信號的質(zhì)量下降。而帶內(nèi)干擾的攻擊則主要是指，通過干擾光信號的注入來將接收端的正確解譯數(shù)據(jù)的能力降低，會造成鏈路以及和該鏈路的節(jié)點(diǎn)相連接的其他的鏈路上的那些信號發(fā)生衰減。

此外，由于光纖的彎曲衰減，即光纜的曲率半徑小于光纖的容許曲率半徑時(shí)產(chǎn)生的衰減，而產(chǎn)生的光纖不受均勻應(yīng)力的作用，光纖將會產(chǎn)生微小的不規(guī)則彎曲，這就是使傳導(dǎo)模變換為輻射模而導(dǎo)致光能損失的微彎耗損。在我國的高寒地區(qū)，難免出現(xiàn)接頭盒密封性的問題，從而導(dǎo)致接頭盒內(nèi)部進(jìn)水，而低溫導(dǎo)致這些水粒結(jié)冰，冰的體積由于物理變化而發(fā)生膨脹，使得接頭盒內(nèi)的光纖產(chǎn)生壓力而產(chǎn)生微彎損耗。而且，隨著時(shí)間的推移，光纖傳輸中的光纖設(shè)備總會出現(xiàn)不同程度的老化現(xiàn)象，且會越來越嚴(yán)重，這些老化會對信號的傳輸質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，當(dāng)這些老化積累到一定程度時(shí)，量變產(chǎn)生質(zhì)變，光纖通信的設(shè)備就會在運(yùn)轉(zhuǎn)上產(chǎn)生問題，這也是需要關(guān)注的一個(gè)問題。

1.1.2 邏輯層的脆弱性

邏輯層的核心是由包括數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、網(wǎng)元和管理軟件的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，邏輯層的主要作用就是管理光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)以及保證光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。而其核心網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)則是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制的中樞部分，它的功能在于對光纖傳輸網(wǎng)進(jìn)行故障的定位、信息的調(diào)度、性能的檢測、系統(tǒng)的安全與維護(hù)以及業(yè)務(wù)的開放等操作的控制。

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的種類有很多，主要包括以下幾種典型的類型：網(wǎng)元層（EML）、網(wǎng)元管理層（NEL）、業(yè)務(wù)管理層（SML）、網(wǎng)絡(luò)管理層（NML）、事務(wù)管理層（BML），這些繁多的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)基本上都能夠滿足通信管理網(wǎng)的最低標(biāo)準(zhǔn)，滿足管理的需求。

而問題就在于，因?yàn)楣饫w傳輸網(wǎng)在物理層的封閉性，所以目前的光纖傳輸網(wǎng)的管理信息一般情況下都是用明文的形式運(yùn)用嵌入式的控制通道，而在這種情形下，一旦有不合法的光纖通信用戶擅自強(qiáng)行接通光纖網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)到達(dá)其竊取網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的信息、篡改網(wǎng)絡(luò)管理的命令或者其它種種非法操作行為，就對整個(gè)光纖傳輸和系統(tǒng)的運(yùn)行都會造成非常嚴(yán)重的破壞。

此外，光纖傳輸在業(yè)務(wù)方面也存在一定的脆弱性，也就是說數(shù)據(jù)的傳輸上存在信息泄露的安全隱患，這是由于物理層的防御薄弱以及邏輯層的薄弱導(dǎo)致的業(yè)務(wù)的脆弱性。當(dāng)然，從深層次來講這是由于光纖傳輸中對傳輸?shù)男畔⒈Ｃ芗墑e缺乏一個(gè)明確統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及固定的保密機(jī)制 ，因此也就比較缺少信息的保密措施，而且相關(guān)的工作人員通常保密意識不強(qiáng)，內(nèi)部管理制度也相當(dāng)滯后。

1.2 光纖的接續(xù)損耗

在接續(xù)上，光纖的接續(xù)方法主要有兩種：永久性的接續(xù)方式和連接器連接方式。永久性的接續(xù)方式，顧名思義就是指一旦進(jìn)行連接之后，光纖就不再分離的方式，這種接續(xù)方式包括了熔接方式和粘接方式兩種，其中熔接方式是最經(jīng)常采用的接續(xù)方式。而光纖的接續(xù)損耗就在接續(xù)過程中由于兩條光纖的纖芯不連續(xù)而導(dǎo)致發(fā)生的。這是一種沒有完全均勻連接或者連接不完全的結(jié)構(gòu)，即當(dāng)一根光纖射出的光信號不能全部進(jìn)入接受的另一根光纖時(shí)，就會發(fā)生光纖傳輸在接續(xù)處的損耗和傳導(dǎo)模的分部紊亂。

至于連接器連接方式，與傳統(tǒng)的電器連接方式有本質(zhì)的不同的是光纖連接器必須要求被連接的兩個(gè)光纖的纖芯端面互相緊密地連接，而且光纖軸必須要完全精確的實(shí)現(xiàn)對接，這才算完成了連接。這種要求精密度極高的連接方式無形中也加大了光纖的接續(xù)損耗。

1.3光纖傳輸中的誤碼以及漂移性能的問題

在接收判決再生之后，光纖通信中的數(shù)字碼流中難免會出現(xiàn)一些誤差，這些誤差會降低信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，這種現(xiàn)象就稱為光纖傳輸中的誤碼。誤碼問題的出現(xiàn)具有一定的規(guī)律性，主要是由兩個(gè)主要的變量：光纖通信中的各個(gè)業(yè)務(wù)的種類以及誤碼的分布來決定的。比如光纖通信中的隨機(jī)誤碼，這種誤碼對通話質(zhì)量的影響是比較輕微的，而對數(shù)據(jù)通信的影響卻很嚴(yán)重；相反，數(shù)據(jù)通信能夠?qū)ν话l(fā)性的誤碼更多的容忍，因可以此說，誤碼分布不同以及業(yè)務(wù)種類差異會直接導(dǎo)致誤碼對通信質(zhì)量的影響差異。誤碼產(chǎn)生的原因主要產(chǎn)生于光纖通信實(shí)際的傳輸過程中，當(dāng)然這并不是絕對的，光纖傳輸過程中產(chǎn)生的一些偶然和突發(fā)的干擾源也會對其產(chǎn)生不良影響。

而至于光纖傳輸中的漂移性能問題，則是指數(shù)字信號的有效狀態(tài)的瞬間相對于它的理想的時(shí)間所在的位置出現(xiàn)了時(shí)間較長的偏移，這里的較長時(shí)間指的是變化的時(shí)間小于10HZ對應(yīng)的相位的變化。

漂移性能問題的產(chǎn)生機(jī)理是由于光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的多種漂移源，而最為明顯的就是在基準(zhǔn)的主時(shí)鐘里的數(shù)字鎖相環(huán)由于受到溫度變化的影響而造成的漂移；除此之外，光纖傳輸數(shù)字系統(tǒng)之中，OA以及OTM設(shè)備激光器所產(chǎn)生的時(shí)間延誤，在受到溫度變化的影響之后，也會產(chǎn)生漂移性能；最后，光纖本身在數(shù)據(jù)流的傳輸中產(chǎn)生的折射率也會隨著所在環(huán)境的溫度變化而產(chǎn)生變化，這也會導(dǎo)致傳輸?shù)臅r(shí)間延誤從而形成性能漂移。漂移性能的主要特征就是我們所指的色度色散和偏振模色散。

二、光纖傳輸系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對措施

2.1 光纖脆弱的解決措施

首先就是光纖的物理層脆弱解決措施。由于主要是光纖設(shè)備的質(zhì)量問題和設(shè)備的維修問題，因此，要想解決光纖設(shè)備的物理脆弱性，就首先要加大科研的力度，從光纖設(shè)備這些硬件設(shè)施上加大努力，例如對光纖設(shè)備等硬件設(shè)施的特性進(jìn)行深入研究以改變或者加強(qiáng)其特性，對光纖傳輸?shù)恼w硬件設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行加固處理，并且定期對這些設(shè)備進(jìn)行功能檢測和老化檢測。尤其是對于一些特別重要的關(guān)鍵性設(shè)備和部件，更是應(yīng)該進(jìn)行特別保護(hù)和例行檢查，比如對其應(yīng)用隔離控制的保護(hù)手段，加強(qiáng)對其功能的檢測力度，并且相關(guān)的操作人員也必須提高安全操作意識和操作技巧，避免由于操作不當(dāng)導(dǎo)致的加速設(shè)備老化。

其次，鞏固脆弱的邏輯層，完善保密措施。邏輯層的脆弱性的主要表現(xiàn)就是信息的容易泄露，被不法分子竊取。因此，解決邏輯層的脆弱性問題首先就在于進(jìn)一步更新邏輯層的核心也就是網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，積極吸收國際先進(jìn)國家在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，改善對網(wǎng)絡(luò)管理體系的管理與控制方式和方法；其次，更重要的是針對光纖措施的業(yè)務(wù)層自身要加強(qiáng)保密性，因此關(guān)鍵的就是要開發(fā)更加先進(jìn)和不可破解的密碼技術(shù)。通過先進(jìn)的密碼技術(shù)對光纖傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行層層加密，在內(nèi)部建立嚴(yán)密而統(tǒng)一的保密制度，明確各類信息保密的級別，使得工作人員能夠根據(jù)制度進(jìn)行信息的分類保密。而且要對相關(guān)工作人員進(jìn)行信息安全的培育，增強(qiáng)他們的保密意識。

2.2 誤碼、漂移性能的解決措施

誤碼問題的解決要從兩個(gè)層面入手，首先就是加大努力，研究降低光纖傳輸系統(tǒng)內(nèi)部的誤碼率，這可以通過技術(shù)改造來完成，比如通過改善傳輸系統(tǒng)的言噪比來降低內(nèi)部的誤碼率，而且如果能夠通過合適的系統(tǒng)發(fā)送端的消光比來達(dá)成某種程度上系統(tǒng)接收端均衡特性的目的，從而減少抖動，也可以降低系統(tǒng)內(nèi)部的誤碼率。

其次，就是通過嚴(yán)加排查來減少光纖傳輸系統(tǒng)外部的干擾，一旦發(fā)現(xiàn)蓄意干擾就必須根據(jù)相關(guān)對頂進(jìn)行嚴(yán)厲處罰或者報(bào)送公安機(jī)關(guān)進(jìn)行處理。漂移性能的解決主要應(yīng)依靠選取適當(dāng)?shù)木彺嫫魅萘?，不僅如此，緩解低頻段的抖動以及制定合理的漂移指標(biāo)都能有效控制漂移，特別是合理設(shè)計(jì)的網(wǎng)點(diǎn)解同步器，能夠通過指針調(diào)整對產(chǎn)生的漂移控制在較低的范圍。

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