衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的安全威脅及防范分析

中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所 米璽佐

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)在使用過程中，容易受到多種外界因素的影響，出現(xiàn)眾多安全問題。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)是信息傳輸?shù)闹饕绞街?，一旦其在使用過程中出現(xiàn)安全隱患與威脅，將嚴(yán)重影響到社會(huì)生產(chǎn)生活，造成嚴(yán)重?fù)p失?；诖?，文章對(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的安全威脅以及防范對(duì)策進(jìn)行分析研究，以期保障衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)安全。

隨著我國社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，衛(wèi)星在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用愈發(fā)普遍，其作用與地位也愈發(fā)重要，如果出現(xiàn)衛(wèi)星安全問題，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到直接影響，甚至還會(huì)誘發(fā)通信系統(tǒng)無法運(yùn)行，造成嚴(yán)重的損失。因此，文章對(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的安全威脅與防范對(duì)策進(jìn)行分析研究，有著重要的價(jià)值和現(xiàn)實(shí)的意義。

1 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成及作用

通常情況下，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)主要是由地球通信站群與通信衛(wèi)星組合而成，同時(shí)包括監(jiān)控管理分系統(tǒng)、指令分系統(tǒng)及跟蹤遙測系統(tǒng)等部分。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)是國防通信網(wǎng)的重要組成部分，為我國通信事業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，也是推動(dòng)通信事業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)，其具有覆蓋范圍廣泛、傳輸效果良好、組網(wǎng)便捷等顯著優(yōu)勢，在實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠規(guī)避偏遠(yuǎn)地區(qū)有線通信部署中存在的問題與困難。衛(wèi)星通信系統(tǒng)中跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)以及監(jiān)控管理分系統(tǒng)能夠有效地保障衛(wèi)星通信正常工作。跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)能夠通過科學(xué)的跟蹤測量過程，能夠使地面管理人員對(duì)衛(wèi)星在軌道運(yùn)行情況有個(gè)全面了解和掌握，同時(shí)掌握衛(wèi)星運(yùn)行姿態(tài)與位置等相關(guān)信息。而監(jiān)控管理分系統(tǒng)則能夠?qū)πl(wèi)星進(jìn)行科學(xué)分析，科學(xué)監(jiān)管衛(wèi)星通信性能以及相關(guān)參數(shù)，為地面管理工作人員分析、判斷提供了信息參數(shù)依據(jù)與支持。通信衛(wèi)星在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中扮演著中繼器角色，是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分，其主要功能是為地球通信站轉(zhuǎn)播無線電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信。在進(jìn)行無線電信號(hào)轉(zhuǎn)播過程中，不需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行加密處理，因此，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)容易遭受多種威脅。若衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)受到安全威脅且并未及時(shí)進(jìn)行處理與解決，則會(huì)帶來和引發(fā)嚴(yán)重的后果，造成巨大的損失。衛(wèi)星光通信主要應(yīng)用無線激光技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離地區(qū)間的通信交流，同時(shí)激光存在光波頻率較高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢。衛(wèi)星通信可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量信息的有效傳輸，而衛(wèi)星光通信技術(shù)在不斷發(fā)展的情況下，已經(jīng)能夠在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。從宏觀角度研究得知，衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要涵蓋下述五個(gè)方面：（1）信號(hào)發(fā)射子系統(tǒng)。其主要功能是實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射，信號(hào)發(fā)射同樣分為兩個(gè)部分，分別為信標(biāo)光以及信號(hào)光。（2）信號(hào)接收子系統(tǒng)。其既可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收功能，而且還可以結(jié)合實(shí)際情況有效轉(zhuǎn)化信號(hào)，進(jìn)而達(dá)到信號(hào)傳遞的目的，其中光接收機(jī)是信號(hào)接收子系統(tǒng)中的關(guān)鍵構(gòu)件。（3）捕獲跟蹤子系統(tǒng)。其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的有效跟蹤，并完成信號(hào)瞄準(zhǔn)、跟蹤與捕獲處理等工作，以保證信號(hào)能夠在兩個(gè)終端之間進(jìn)行雙向傳輸。（4）二次電源子系統(tǒng)。其能夠以100 伏或是28 伏電壓，多次完成衛(wèi)星供電，為衛(wèi)星正常工作提供電能。（5）熱控子系統(tǒng)。其能夠根據(jù)季節(jié)時(shí)間變化正確處理衛(wèi)星運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星軌道高度調(diào)整，確保衛(wèi)星能夠正常運(yùn)行。在這五個(gè)部分中，熱控子系統(tǒng)和二次電源子系統(tǒng)結(jié)合在一起又被稱之為終端配套設(shè)備[1]。

2 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)安全威脅

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)是通信網(wǎng)絡(luò)中的重要類型，是通信網(wǎng)絡(luò)中相對(duì)覆蓋面積最大的一類通信網(wǎng)絡(luò)，且能夠廣泛應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域以及社會(huì)生產(chǎn)生活活動(dòng)中。在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程中，必須要在科學(xué)應(yīng)用的同時(shí)準(zhǔn)確把握衛(wèi)星通信接點(diǎn)情況，若無法采取相對(duì)應(yīng)的有效預(yù)防措施，就會(huì)帶來嚴(yán)重的安全問題，影響和阻礙衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。當(dāng)前衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中所面臨的安全威脅，主要有三個(gè)方面：（1）衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際運(yùn)行階段面臨一定的廣播安全威脅。在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中，廣播是比較常見的信息轉(zhuǎn)發(fā)途徑。通過地面終端的專業(yè)信息接收器，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳遞。一般情況下，衛(wèi)星天線波束能夠在我國疆域內(nèi)遍布，因此，其存在著較大的安全隱患與威脅。一旦有不法分子接觸信息接收器，就會(huì)對(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)帶來極大威脅。同時(shí)，不法分子也會(huì)借助廣播相關(guān)特點(diǎn)，來開展違法犯罪行為，既會(huì)給衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重威脅，而且也會(huì)同時(shí)危害到社會(huì)其他生產(chǎn)生活活動(dòng)以及個(gè)人財(cái)產(chǎn)安全。（2）衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)面臨著信息泄露安全威脅。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地球站點(diǎn)較為集中，且相對(duì)而言分布廣泛。一般而言，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)密鑰必須要科學(xué)合理分配，但受到外界多方面因素條件影響，科學(xué)化密鑰分配難以完全實(shí)現(xiàn)。因此，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)信息泄露可能性較高。同時(shí)，由于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)用戶業(yè)務(wù)種類繁多，因此實(shí)際通信過程需要涵蓋海量信息資源，對(duì)保密工作等級(jí)提出較高的要求，若無法進(jìn)行有效管理，則會(huì)嚴(yán)重影響保密等級(jí)與強(qiáng)度，從而降低衛(wèi)星通信信息的安全性，甚至還有可能使衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)面臨比較嚴(yán)重的信息泄露問題。（3）衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)面臨著信息傳輸延時(shí)變化威脅。不同于其他通信傳輸，衛(wèi)星通信傳輸線路較長，傳輸延時(shí)問題普遍存在，若通信信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)傳輸延時(shí)問題，就有可能發(fā)生信號(hào)變化情況，從而導(dǎo)致衛(wèi)星通信信號(hào)無法正常傳輸，進(jìn)而影響衛(wèi)星通信信息安全。

從衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全弱點(diǎn)角度進(jìn)行分析，其主要有三個(gè)方面的安全弱點(diǎn)容易受到攻擊：（1）物理通信環(huán)境惡劣。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)通信鏈路容易受到宇宙射線、大氣層電磁信號(hào)以及惡意電磁信號(hào)的干擾，由于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)具有傳輸誤碼率高、時(shí)延大以及通信不穩(wěn)定等特點(diǎn)，且無線鏈路具有開放性特點(diǎn)，但是缺乏物理保護(hù)，極易遭受偽造、干擾與截獲等不同程度上的惡意攻擊，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。（2）衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)能力受限。相較于地面系統(tǒng)，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)硬件處理能力較低，導(dǎo)致安全性較高的協(xié)議難以在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)。（3）網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性變化。由于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有無中心、周期性等特點(diǎn)，難以與地面終端可擴(kuò)展性、移動(dòng)性等特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，因此網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)體之間信任關(guān)系會(huì)不斷變化，增加了管理難度[2]。

3 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)各部分防范安全威脅措施

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包括空間段通信衛(wèi)星、用戶段地球站和測控段管理控制站三個(gè)組成部分。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)工作運(yùn)轉(zhuǎn)的基本流程是由地球站將入網(wǎng)申請(qǐng)?zhí)峤恢凉芾砜刂普?，入網(wǎng)成功則反映衛(wèi)星通信地球站成功組網(wǎng)。管理控制站負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用戶地球站進(jìn)行管理與控制，并且在測控段管理控制站與用戶段地球站間選擇了星狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在控制站與地球站間則選擇了網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)。因此，在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中選擇了網(wǎng)狀網(wǎng)與星狀網(wǎng)混合模式組網(wǎng)，并將衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行階段存在的安全威脅根據(jù)上下行傳輸鏈路、終端設(shè)施物理傳輸媒體和通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式劃分為業(yè)務(wù)傳輸層、物理設(shè)施層和網(wǎng)絡(luò)管理層三個(gè)層級(jí)。文章本部分將對(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)各部分防范安全威脅的措施進(jìn)行分析闡述。

3.1 物理設(shè)施層

物理設(shè)施層防范安全威脅的重點(diǎn)在于物理傳輸媒體及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，如地球站和通信衛(wèi)星等。通常情況下，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部所存在的物理層安全問題得到了社會(huì)各界的高度關(guān)注，以便逐漸推進(jìn)接入系統(tǒng)衛(wèi)星終端朝著合法化的方向發(fā)展。對(duì)于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，衛(wèi)星終端身份認(rèn)證機(jī)制具有重要的作用和價(jià)值，其能夠更加高效高水平的對(duì)合法衛(wèi)星終端進(jìn)行維護(hù)，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)標(biāo)志性代碼給予科學(xué)、合理分配，從而使信息管理效率得到提升。如果衛(wèi)星終端與衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成功連接后，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠迅速檢測相應(yīng)代碼，若檢測通過，將會(huì)與相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行連接。如果終端身份標(biāo)志代碼出現(xiàn)了非法問題時(shí)，將會(huì)直接拒絕入網(wǎng)請(qǐng)求。衛(wèi)星終端身份認(rèn)證機(jī)制能夠有效地維護(hù)終端安全，并能夠保護(hù)設(shè)備終端間信息的安全、高效傳輸，以保證信息傳輸?shù)恼w效率。

3.2 業(yè)務(wù)傳輸層

對(duì)于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，最好從其基本應(yīng)用方向出發(fā)來保護(hù)業(yè)務(wù)傳輸層，并根據(jù)相關(guān)鏈路連接標(biāo)準(zhǔn)來達(dá)到無差錯(cuò)傳輸?shù)哪康模瑥亩岣呔S修通信網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與多點(diǎn)間信息的有效傳輸。對(duì)于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)而言，在進(jìn)行衛(wèi)星傳輸階段，經(jīng)常會(huì)涉及到下行鏈路與上行鏈路，在實(shí)際應(yīng)用使用過程中，應(yīng)當(dāng)及時(shí)關(guān)注和重視安全問題。業(yè)務(wù)傳輸層所遇到的安全問題與安全威脅更多的是來自于鏈路層干擾問題。若鏈路層受到干擾，則會(huì)對(duì)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)傳輸產(chǎn)生嚴(yán)重影響，進(jìn)而導(dǎo)致衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法投入正常運(yùn)行。針對(duì)鏈路層安全威脅問題，應(yīng)當(dāng)在信道終端應(yīng)用新型抗干擾技術(shù)，通過應(yīng)用新型抗干擾技術(shù)，既能夠提高其抗干擾性，而且還可以有效打破原有技術(shù)約束，進(jìn)而提高抗干擾效果。在實(shí)際的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)業(yè)務(wù)傳輸層防范安全威脅時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理應(yīng)用多種抗干擾方案，逐漸克服和改善傳統(tǒng)抗干擾方案與技術(shù)存在的局限性與缺陷，提升鏈路層的實(shí)際抗干擾能力，保障衛(wèi)星能夠更加平穩(wěn)運(yùn)行。因?yàn)槎喾N抗干擾技術(shù)間具有一定的互通性，在實(shí)際應(yīng)用階段，應(yīng)當(dāng)對(duì)比分析多種抗干擾技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種抗干擾技術(shù)互補(bǔ)。當(dāng)前典型的抗干擾技術(shù)如下：（1）有跳頻調(diào)制和擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。跳頻調(diào)制技術(shù)一般是通過對(duì)發(fā)送信號(hào)中心頻率進(jìn)行連續(xù)改變來實(shí)現(xiàn)信道隨機(jī)選擇，進(jìn)而充分發(fā)揮信道的隱蔽性作用。而擴(kuò)頻技術(shù)更多的是對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行稀釋；（2）指紋鑒別與角度鑒別技術(shù)。指紋鑒別技術(shù)則通過鑒別真實(shí)信號(hào)參數(shù)信息的方式鑒別真實(shí)信號(hào)，減少干擾信號(hào)對(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的影響。而角度鑒別技術(shù)主要是根據(jù)星座信號(hào)與干擾源發(fā)射角度差異來對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行有效鑒別；（3）點(diǎn)波束技術(shù)及自適應(yīng)波束形成技術(shù)。點(diǎn)波束技術(shù)主要是通過降低通信波束寬度來達(dá)到降低干擾的目的。而自適應(yīng)波束形成技術(shù)是借助感應(yīng)器來對(duì)通信環(huán)境變化情況進(jìn)行感知，并且在干擾信號(hào)存在時(shí)產(chǎn)生自適應(yīng)零陷，以達(dá)到抑制干擾的目的；（4）猝發(fā)通信技術(shù)。其一般是借助壓縮信號(hào)傳輸時(shí)間方式來使通信信號(hào)被攔截的概率降低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抗干擾效果；（5）認(rèn)證加密技術(shù)。認(rèn)證加密技術(shù)主要通過在衛(wèi)星信號(hào)中加入密文傳輸認(rèn)證碼或一次性隨機(jī)因子等安全防范機(jī)制的方式實(shí)現(xiàn)抗干擾[3]。

3.3 網(wǎng)絡(luò)管理層

如果衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)未結(jié)合自身實(shí)際情況來制定相匹配的網(wǎng)絡(luò)管理方案時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)管理的安全性受到影響，進(jìn)而嚴(yán)重威脅網(wǎng)絡(luò)管理層和衛(wèi)星通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行階段，要對(duì)抗損毀情況給予綜合考慮，來保證資源冗余情況得到妥善解決，進(jìn)而提高抗損毀效果。以此作為網(wǎng)絡(luò)管理層防范安全威脅的原則，應(yīng)當(dāng)在實(shí)際中借助頻段備份和衛(wèi)星備份等方法，來提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理水平。

4 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中防范技術(shù)

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)所面臨的安全威脅多種多樣，除需要針對(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中各部分層級(jí)進(jìn)行防范外，還需要從技術(shù)上著手防范衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)安全威脅。文章本部分將對(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中防范技術(shù)進(jìn)行分析闡述。

4.1 星體加固技術(shù)

對(duì)于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理工作人員而言，應(yīng)用星體加固技術(shù)，能夠更好地維護(hù)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。星體加固技術(shù)，即針對(duì)通信衛(wèi)星中容易受到損壞的部件，及時(shí)進(jìn)行加固與升級(jí)，從而確保衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的一種技術(shù)。例如，在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作階段，星載光電成像傳感器將會(huì)產(chǎn)生受損破壞現(xiàn)象，針對(duì)此情況，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理與維修工作人員需要做好激光危害探究工作，并在此基礎(chǔ)上合理選擇措施以達(dá)到規(guī)避激光干擾的目的。在星載光電成像傳感器前，可以適當(dāng)增加濾光片，有效屏蔽多種波長激光。同時(shí)，也可以在星載光電成像傳感器前適當(dāng)增加土層，并基于特定波長強(qiáng)光照射下借助光限制器來有效保護(hù)光電傳感器。

4.2 衛(wèi)星網(wǎng)技術(shù)

在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)安全威脅防范工作開展中，相關(guān)工作人員可以根據(jù)適當(dāng)且合理的需求，發(fā)射多顆假衛(wèi)星，從而有效地隱藏真正的通信衛(wèi)星，保護(hù)通信衛(wèi)星正常運(yùn)行工作。在對(duì)通信衛(wèi)星攻擊目標(biāo)進(jìn)行惡意攻擊時(shí)，會(huì)由于同時(shí)存在多顆衛(wèi)星，難以獲得真正通信衛(wèi)星的具體位置，從而真正幫助通信衛(wèi)星規(guī)避攻擊與干擾。同時(shí)，也可以將微型衛(wèi)星進(jìn)行組網(wǎng)，這樣不僅可以降低衛(wèi)星可能遭受的攻擊，而且還可以確保衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常運(yùn)行。此外，結(jié)合實(shí)際情況將可以吸收電磁波的保護(hù)層涂抹在衛(wèi)星上，這樣不僅可以降低被探測的概率，而且還可以提高抗干擾能力。

5 結(jié)語

綜上所述，在我國衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用愈發(fā)普及的背景下，其所面臨的安全威脅也愈發(fā)多樣和復(fù)雜，若衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全無法得到保證，則會(huì)造成多個(gè)方面嚴(yán)重影響。文章對(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的安全威脅及防范分析、研究、闡述和總結(jié)，希望能夠幫助防范衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)安全威脅，提高衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性。