太空中的网络安全问题

邓招+张晓玉

摘 要：太空作为信息时代的关键战略领域，正面临着日益严重的网络安全问题。论文首先阐述了太空与网络空间的相互关系，然后分析了当前太空环境所面临的各种网络威胁，总结了美军应对太空网络安全威胁的最新举措，提出了应高度重视未来太空与网络空间跨域融合将带来的新威胁。

关键词：太空；网络空间安全；网络攻击

中图分类号：TP915.08 文献标识码：A

1 引言

当今，网络黑客的威胁正提升到新的高度—太空。太空环境中的卫星、火箭、空基系统与车辆、太空电台、卫星地面接收站以及相关网络及数据中心等，都有可能成为黑客们的攻击目标。

太空是信息时代获取信息资源、提供全球互联、夺取信息优势的关键战略领域，而太空系统是关系国家安全与国计民生的重要信息基础设施。太空和其相关领域存在的网络安全隐患将会成为国家、地区或国际安全问题。因此，在信息时代，太空和网络在国家安全中的地位不断得到提升。以美国为例，近年来颁布了一系列安全文件，将其战略利益的范围拓展到网络和太空领域；组建“网军”和“天军”，为掌握“制网权”和“制天权”准备了强大的军事后盾。经过多年在作战理念和战略部署上的细致规划，美国已将网络和太空纳入其追求全方位优势地位的战略规划中。

未来的战场是陆、海、空、太空和网络一体化的作战空间，而太空为陆、海、空三军创造了“军力倍乘效應”。世界上大多数基础设施都非常依赖空间技术，

比如美国国防部在全球88个国家和地区的4000多个军事基地拥有超过1.5万个电脑网络，其全球定位、导弹预警和军事通信等关键战斗力均仰仗于卫星系统，因此，对卫星系统或航天器等的网络袭击可能导致美国的“全球性灾难”。正如美空军航天司令部司令约翰·雷蒙德2017年5月在由美众议院武装力量委员会举行的“2018财年国家安全航天事业的优先事项与态势”听证会上强调，没有太空的帮助，美军的联合部队将一事无成。

太空和网络空间作为与陆、海、空并列的新型作战域，已嵌入到日益多样化的现代武器系统中，并贯穿于整个作战体系，太空和网络空间能力一旦集成，将成为更加强大的力量倍增器。因此，有必要在理解太空与网络空间相互关系的基础上，研究当前太空环境所面临的网络威胁，以及美军采取了哪些措施实现太空环境下的网络安全，从而更好地探索太空安全以及与网络空间的跨域融合等问题。

2 太空与网络空间相互交织渗透

太空与网络空间，作为未来军事竞争战略制高点，无论在战场空间、作战力量，还是作战行动等各方面，既有许多共同特性，又相互交织渗透。

首先，太空为网络空间作战提供了全球链接。根据美《网络空间作战条令》，网络空间包含物理网络层、逻辑网络层和网络行为体层三个层次。其中，在物理网络层，各类天基信息系统及相关地面设施为网络空间数据的采集、传输、存储、处理提供了传感器、链路介质、服务器、计算机等软硬件基础设施，是全球网络空间活动的关键物理依托。例如，美军目前70%以上的通信、80%以上的情报侦察与监视、90%以上的精确武器制导，以及几乎100%的气象预报都依赖太空中的装备。

其次，几乎所有太空系统的运行都依赖网络空间。根据美《太空作战条令》，美军将太空任务领域分为太空态势感知、太空力量增强、太空支持、太空控制、太空力量应用五部分，其中，前四个最主要的任务领域都与网络空间紧密相关。一是太空态势感知任务领域，高度依赖网络设施实现各类太空传感器数据集成与利用；二是太空力量增强任务领域，必须通过天地一体化的信息收集、处理与分发网络完成天基信息支援行动；三是太空支持任务领域，依靠庞大的跟踪、测量与控制网络维护和运行太空能力；四是太空控制任务领域，对敌方太空系统的攻击可通过网络攻击来实现。

第三，网络和太空都是掌握信息权的关键领域。信息是一种重要的战略资源，网络和太空是信息传播的重要途径。计算机网络是信息战的主要指挥系统，而卫星系统是网络化作战系统获取信息的源头，二者相互交织成一张巨大的信息网络，影响力遍及社会生活的方方面面，直接关系到国家的国防、能源、金融等系统的正常运行。

鉴于太空与网络空间作战体系的相互依存，任务领域的相互交织，因此，美军《太空作战条令》、《网络空间作战条令》均明确要求“在联合作战规划的全过程都应解决太空与网络空间的连接问题”。同时《太空作战条令》还要求网络司令部负责国防部信息网络的使用与防御行动，计划、协调、监管或指挥卫星通信网络规划，开展包括监管、管理、控制卫星通信资源在内的行动等太空作战保障事务。

3 太空系统所面临的网络威胁

太空系统所面临的潜在网络威胁可能包括国家间军事行动、希望寻求经济利益且掌握大量资源的有组织犯罪分子、计划利用卫星碰撞等灾难事件实现诉求的恐怖组织乃至希望展示个人技术水平的黑客等。太空环境所面临的网络威胁主要有六个方面。

3.1 针对空基系统的网络攻击

目前，美国和其他国家空基战略资产存在严重的网络漏洞，空基监视系统正在受到干扰和威胁，面临多种形式的网络风险，包括对通信和导航网络的干扰、欺骗或劫持，瞄准或劫持控制系统或用于执行任务的特定电子装备，关闭卫星、改变其轨道或通过毁坏性辐射来损坏其太阳能电池。此外，还可对地面卫星控制系统实施打击。同时，还可以直接拒止网络空间对天基信息系统的使用，在太空域中切断网络空间数据采集、处理、传输所依赖的链路和节点，当然这需要对太空系统直接发动攻击，成本和风险较高。

3.2 针对卫星系统的网络攻击

即敌方利用接收途径和各种软硬件所存在的“后门”漏洞，通过欺骗手段将网络病毒和分布式拒绝服务工具等网络空间武器远程植入或无线侵入到对方的卫星测控网络，注入恶意上传指令，或对其星载计算机进行渗透、篡改、窃密和潜伏遥控，使星载工作设备陷入间歇性或全面性瘫痪，或诱骗星载计算机非正常操纵卫星姿轨，甚至诱使卫星热管理系统失效，从而引发星载电子设备烧毁甚至爆炸，造成永久性物理破坏。endprint

3.3 针对指控系统的网络攻击

当前，主要国家的太空作战指挥控制中心，既是太空态势感知信息汇聚中心，又是太空资源调度与任务分派中心。敌方利用计算机成像、电子显示、语音识别与合成、传感、虚拟現实等技术制造各类假消息、假命令以及虚拟现实信息，并综合运用网络空间攻击手段将其发布和传播至对方太空态势感知与指挥控制网络，将诱使对方太空作战指挥系统做出错误判断，使其采取利与己方的行动，进而达成影响和削弱对手指挥控制能力的目的，取得战略战术上的有利态势。

3.4 针对天基信息链路的网络攻击

对手可结合电子战、信息战，实施网络电磁频谱干扰，阻断星上、星下遥测遥控信号，干扰对方的天基信息系统数据分发链路。

3.5 针对GPS的网络欺骗和干扰

美军已研究可利用射频信号发生器产生伪造的GPS电文信息，接收机处理后产生的欺骗性计算结果将“顺流而下”进入后续系统，引发后续系统自身的漏洞（如类似千年虫的操作系统时间漏洞），造成后续系统崩溃，从而实现网络攻击意图。

3.6 针对地面基础设施的网络攻击

对地面基础设施，如卫星控制中心、相关的网络和数据中心实施攻击，可导致潜在的全球性影响。

4 美军应对太空网络安全威胁的新举措

太空稳定性是美国重要的国家安全利益。美国部队的作战优势很大程度上依赖于太空支持，而当今有能力削弱或摧毁美国太空能力的国家数量越来越多，因此，美国的太空系统在未来危机或冲突中遭到攻击的可能性也越来越大。为了有效应对这些威胁，近年来，美军在机构调整、装备技术研发、演习探索实践、军队建设等各方面，采取了一系列举措推进太空网络安全作战力量的发展，确保美军的太空优势。

4.1 加强顶层统管，确保太空成为国家安全优先事项

目前，美国国家安全航天力量分散在国防部和国家情报部门手中，尚未实现实质上的统一领导和监管。为确保太空成为国家安全优先事项，美军采取多种举措加强了太空领域的顶层统管。

（1）设立国防部首席太空顾问统筹太空事务发展。2015年10月，美国防部设立首席太空顾问（PDSA），该职位由美空军部长担任，同时任国防太空委员会（DSC）主席。PDSA作为国防部层面的太空事务执行机构，其主要职责包括：协调不同部门太空系统采办以及其他太空事务的统筹发展；审查并监管美军太空领域发展，包括太空政策、战略、计划等；就太空问题向国防部提供独立咨询建议。另外，国防太空委员会作为国防部层面的重要咨询机构，协调太空事项并给予解决建议，就美军太空能力建设提供战略性指南，确保太空系统建设的一致性。

（2）设立负责太空作战的副参谋长。2017年6月16日，美空军批准设立负责太空作战的副参谋长的职位，计划在8月1日前行使职权。该职务将由中将担任，一方面承担顾问职能，就太空力量建设问题为美空军部长和参谋长提供咨询建议；另一方面行使监管职能，协调美空军太空力量建设，减少目前存在的官僚条块分割，优化决策流程，实现太空部队的高效组织、训练和装备配备，满足未来对抗环境中的作战需求，以保护美军太空系统，实现太空行动自由。

（3）重设国家航天委员会。2017年6月30日，美国总统特朗普签署行政令，要求重新设立“国家航天委员会”，由副总统迈克·彭斯担任委员会主席。实际上是向世界发出一个明确信号，即美国正在重建太空领导力。美国将从国家视角来识别太空机会和威胁，把开发太空资源与维护太空安全统一起来，建设强大高效的太空能力，谋求全方位太空优势。

（4）设立“国家太空防御中心”，并开始具备初始作战能力。“国家太空防御中心”是美国防部落实“第三次抵消战略”的首个实体机构。在战略层面，该机构是美国为应对太空威胁而强化战略威慑的一项重要措施；在战术层面，成立该机构的主要目的是提升美国队太空系统进行快速探测、预警、描述、分类以及威胁防御的能力，并建立国防部、国家侦察局、商业机构乃至国际盟友之间对太空力量的协同作战指挥与控制能力。

4.2 在装备与网络技术研发中，注重太空与网络空间一体化集成

在装备与技术发展规划中，将太空与网络空间一体化集成列为重要目标。2015年2月，美军发布《空军航天司令部长期科技挑战》备忘录，该文件明确将太空和网空作战视为所有军事作战的支柱，详细梳理了未来军事航天和网络空间科学技术的发展需求。要求发展增强战场管理与指挥、控制和通信（BMC3）的革命性能力，支持太空和网络空间作战以及多域集成作战；研发能够综合太空和网络空间、情报监视和侦察（ISR）以及各种空、地平台数据，并实现任务态势感知的数据融合和可视化工具，以快速制定和评估跨域行动方案。

文件还强调，随着太空支持下的网络空间作战以及网络空间支持下的太空作战的不断成熟，必须研发识别和连接太空和网络空间“缝隙”的技术，确保空军航天司令部所有系统相互支持、增强、补充和兼容，通过一体化集成，增强威胁环境中作战体系的弹性。2016年8月，美空军航天司令部再次更新该文件，系统提出未来10～30年需要实现的11项关键技术能力，其中专门针对“太空与网络交叉领域”，重点发展人工智能、认知电子战、先进数据分析技术三大类共11项核心技术，以期提升太空和网络集成作战的态势感知、指挥控制能力和作战效能。

4.3 大力推进新兴技术的研究和部署，实现颠覆性创新

（1）开发新一代可免遭网络攻击影响的PNT技术。美国DARPA以及陆军新兴技术办公室致力于开发不再依赖于传统GPS技术手段的下一代定位、导航与授时 （简称PNT）技术，计划于2018年年初对该技术套件进行实操评估。新一代PNT系统将依赖长距离商用电磁波（类似于数字电视节目信号发射机制）或者天然存在的雷电电波，即由雷击引发的电波，从而实现对冷原子的干涉测量技术。美国早期以DARPA为主导，开始微定位导航授时（Micro-PNT）技术的研究，利用微电子和微机电系统（MEMS）技术的进展，开发芯片级精确惯导装置。PNT技术一旦研制成功，不但可以解决传统GPS技术受电磁及网络空间干扰的问题，还将对现有导航体系的发展产生革命性影响。endprint

（2）开始空间脑控系统的研究和部署。面对空间对抗、态势感知等任务的多样性和复杂性，空间脑控技术逐渐成为近些年的热点研究领域，以美国为首的军事强国开始投入巨资展开相关研究，借助军民融合的SpaceX等先进企业大力发展基于脑-机接口的空間机器人等设备。脑控系统是一类非常特殊的人机融合控制系统。在脑控系统中，人脑和计算机紧密结合，体现了生物智能和人工智能的结合，作为一门多学科交叉的新兴研究领域，脑控系统既有广阔的发展前景，也将面临一系列严峻的挑战，尤其是可能的军事化应用，更是吸引了众多航天强国的关注。从应用上讲，脑控系统对未来空间攻防、空间态势感知、空间在轨操作等均有可能带来颠覆性影响，而美国作为航天系统的引领，已经开始空间脑控系统的研究和部署，并将进一步探索和发展新的脑电信号模式，研究高性能控制信号转换算法和脑控系统的智能化，以及人机融合系统的理论和方法等。

4.4 开展概念探索与演习实践，加强太空与网络空间作战技战术的演练

（1）“施里弗”演习。太空和网络空间是两个全新的作战领域，两者相互交织、互为影响。为了探索二者之间的互动关系，美军从2009年开始（第五次“施里弗”演习），将网络空间对抗引入“施里弗”太空作战模拟演习，探索太空对抗与网络空间对抗的融合问题。随后，在历年“施里弗”演习中，就演习结果不断调整演习目的，在探索太空与网络空间融合的基础上，积极发展在太空和网络空间集成环境下有效的作战概念、作战条令、战术战法，进一步发挥力量倍增器的效果。例如，在“施里弗”-2014演习中，美军立足未来区域冲突，检验验证了太空与网络空间作战集成涉及的作战规划、威慑运用、指挥控制、战术战法，以及太空态势感知信息、网络空间态势感知信息和其他信息的融合。随后的“施里弗”-2015和2016演习，则均以“与美国太空和网络实力相当的竞争对手”为假想敌，重点演练太空对抗中的网络干扰、信息攻击、电子战等。

（2）“太空旗”演习。2017年5月，美空军举行了首次“太空旗”演习，这是美空军新创办的一种演习活动，不同于“施里弗”演习，“太空旗”重在提升作战人员的太空作战的技战术水平，为应对可能的太空冲突做准备。美空军将为“太空旗”演习研发类似“红旗”军演的训练系统，模拟太空试验与训练环境，将指挥太空及网络系统的方式与提供全球作战效能真正结合起来。美空军计划每年举行两次演习。

（3）太空网络挑战赛。2017年6月，美空军在2017年国家安全局网络防御演习中举行了首次“太空网络挑战赛”，旨在帮助“增强对太空网络安全挑战及安全理念的认识”，验证网络技能，测试了构建、强化太空任务网络并防护其免受网络攻击的能力，有利于持续增强多域能力，限制安全风险，并获得新型解决方案从而更好地在全球共享信息。

4.5 建立、完善威胁溯源与报复手段，加快太空态势感知装备体系建设

美国高度重视威胁溯源手段建设，将太空态势感知能力作为重中之重，加大投资，优先发展，确保美国能够及时准确地掌握其他国家太空行为与意图，及时发现对美国太空系统的干扰和攻击，锁定攻击对手，为预警和追查太空攻击奠定基础，为报复和打击对手提供强大支持。

按规划，2015-2020财年美军将投入60亿美元用于发展太空态势感知能力。2018财年预算申请中，美空军对太空态势感知项目做出新的调整，目的是使其更好地为提升美国太空业务整体弹性服务。美军还计划在2016～2020财年投入50亿美元用于应对太空威胁，包括2016财年中20亿美元用于太空控制，2017财年中1.44亿美元用于“卫星通信对抗系统”（CCS）、1.58亿美元用于“太空安全与防务计划”，发展进攻性太空能力。

同时，美军高度重视太空态势感知装备建设的发展，建设了军用天地一体、高轨低轨覆盖、广域监测与局域详查相结合的太空态势感知装备体系，形成覆盖全球主要地区、可探测高轨微小目标、近实时的太空态势感知能力。2016年建成地球同步轨道巡视详查4星星座；整合了全球100多个民商用地面传感器；2017年计划在澳大利亚部署新一代地基光学太空监视装备，2018年部署新一代地基雷达太空监视装备，缩短感知时间，提高探测精度，扩大覆盖范围，实战能力将进一步提升。

4.6 谋划成立“天军”，打造独立太空部队

针对美军长期太空力量建设和监管分散化的问题，2015年7月，美国政府问责局（GAO）发布报告称，在国防部成立独立“太空部队”是美军内部重点探讨的改革方向之一。“太空部队”将把美国国家侦察局和国防部所有太空力量集中在一起，以更好规划、协调国家太空安全活动，减少太空领域发展受到的干扰，并使得太空领域获得更高关注度。该设想得到美国众议院军事委员会战略力量小组委员会主席麦克·罗杰斯支持。罗杰斯近期表示，尽管美空军已成为世界级军 队，但太空事项只是美空军十二项核心职能之一，太空事项不应由负责管理战斗机和轰炸机的空军人员来领导。可先在美空军内部创建一支独立的“太空部队”，负责太空军事作战，这是未来在国防部内创建完全独立“天军”军种的关键一步。

2017年6月22日，美众议院军事委员会在2018年财年《国防授权法案》太空项目提案中要求在2019年1月1日前建立“太空部队”，作为空军部内部的独立军种，由太空部队参谋长主管，通过空军部长和太空部队参谋长磋商决定组成该部队的办公室和官员。

5 结束语

太空和网络空间优势通常不需要以获取其他领域的作战优势为前提，而其他领域的优势却往往以获取这两大领域的优势为前提。因此，太空和网络空间作为新兴作战领域，在未来高端战争中必将扮演越来越重要的角色。为应对日益竞争、拥挤、对抗的太空与网络空间环境，美军一方面积极探索太空与网络空间跨域融合，期望在二者交织领域率先开辟新的战场空间，并抢先制定跨域融合的规则秩序，谋求对全球公域的控制实现无缝连接。另一方面，通过太空与网络空间作战跨域协同等研究，催生出一大批颠覆性技术及其物化的新兴武器装备，对潜在对手构成新的威胁，进一步稳固美军的军事技术优势和全球霸主地位。这些必将对未来战争形态产生难以估量的影响，值得我们高度重视。

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