卫星通信网络的安全威胁及防范措施探析

赵 明

（海军装备部，北京 100010）

0 引言

卫星通信网络运用期间容易在多种因素影响下面临较大安全威胁，而卫星通信网络属于关键的信息传输手段，如果信息传输期间不能及时、有效地规避安全隐患和漏洞，将严重威胁信息安全，所引发的损失是不可估量的。因此，有必要基于卫星通信网络其构成及特点，对卫星通信网络面临的安全威胁展开深入分析，同步采取科学且有效的防范措施。

1 卫星通信网络的概述

1.1 卫星通信网络的构成

卫星通信网络是由通信地球站群和通信卫星共同组成的，同时还包含监控管理分系统、跟踪遥测及指令分系统。为在监控管理分系统和跟踪遥测及指令分系统应用过程中充分体现其保护作用，就必须高度重视卫星通信维护相关工作，通过动态跟踪和科学测量及时掌握卫星在轨道中的具体运行情况，合理把握相关姿态，明确具体点位等。而在监控管理分系统的应用中，经过合理探究与精准判断，掌握全方位、高效率的监管卫星通信功能及其相关参数。基础实践中均可应用通信地球站群以及通信卫星，在其功能作用发挥下可进一步提升通信质量。对于通信卫星来说，其作用类似于中继器，在实际运行过程中不仅能够发挥自身作用，还能有效地对地球站相关无线电信号进行传播，在此过程中无需对所有信号全面展开加密处理。对于卫星光通信，其重点研究对象为无线激光技术，在相关技术应用下，能使两颗卫星顺利连接，促使两个相距千万里的地区能够顺利地实现通信。交流激光具有较高的光波频率，因此其抗干扰能力也非常强。相关研究显示，卫星光通信涉及的能源消耗非常小，能在多个领域实现广泛应用。

卫星通信系统整体内容非常复杂，主要可分成5 部分：（1）信号发射子系统，主要功能是完成信号发射；（2）信号接收子系统，其功能是对信号进行有效接收；（3）捕捉跟踪子系统，主要功能是接收辅助信号；（4）二次电源子系统，具有信号传递以及转换的功能；（5）热控子系统，可基于季节变化协调处理卫星运行，适时调整轨道高度，维护卫星可靠运行[1]。

1.2 卫星通信系统的特点

（1）面临着恶劣的物理环境。通常通信卫星处于太空轨道中，距地面高度2000km ～35800km，和地面相距较远，面临着恶劣的物理环境，卫星中很多电子器件极易受到太阳高度的变化、温差、太空辐射等因素影响，并且通信链路易受到恶意电磁干扰信号、大气层电磁噪声信号、暴雨天气、太阳黑子爆发等影响；（2）卫星节点处于暴露环境中，同时信道具有开放性。在卫星通信网络中，卫星节点暴露在空间轨道上，在物理保护欠缺情况下，面临着空间碎片撞击、反辐射武器硬摧毁等风险，同时通信信道的开放性使其易受到非法截获、干扰、欺骗等攻击；（3）卫星节点能力相对有限。主要是在卫星有效载荷技术相关影响下，使卫星节点保持着较低的硬件处理性能，并使星上系统电能功率、存储空间以及计算性能等均受到限制，从而对星上运算及通信开销带来一定影响；（4）网络拓扑会持续变化。主要是在卫星通信网络中，中低轨道卫星以及同步卫星等均根据自身既定轨道高速运行，在时间变化过程中，其相对位置也会发生改变，所以网络节点之间的拓扑也会持续变化；（5）网络节点具有较大的升级及维护难度。目前卫星发射成功并进入到轨道之后，基本上不可能对硬件层面进行升级和改造，在相关技术发展过程中，软件功能也难以升级，并且一旦卫星发生故障，只可利用远程监测系统实现监测，而即便成功监测到故障，维修难度也非常大[2]。

2 卫星通信网络的安全威胁分析

在通信网络当中，卫星通信网络属于关键组成部分，这类连接网络覆盖面积最大，在多领域都有突出优势，体现出较高应用价值。而在卫星通信网络实践应用期间，首先要充分掌握其基本的运行状态，动态了解接点情况，若不能及时采取有效的安全防范措施，会在运用中面临较大安全隐患，进而对卫星通信网络运行效果产生负面影响。卫星通信网络能够实现广播式、点对点以及点对多点信息传输，应用效果比较理想。同时，在卫星通信网络实际应用期间，为保证重要信息始终安全，对通信安全提出越来越高要求，尤其要关注部分基础性问题。

结合卫星通信网络组成结构进行科学判断与区分，促使卫星通信网络具有较高安全性，不过在应用中也要采取一定防范手段，以应对网络威胁。具体来说，卫星通信网络所面临的网络安全威胁有以下几方面。

（1）对于卫星通信网络来说，其转发器主要是以广播形式进行信息传递，相关卫星信号会传输到地面卫星终端，完成信息接收与使用，但需要注意的是卫星天线波束不只是覆盖中国境内，还会覆盖广阔的境外区域，如果被不法分子接触，将使卫星通信网络安全受到严重威胁，相关不法分子可运用网络有关特征做出违法操作，降低卫星通信网络整体安全性能[3]。（2）卫星通信网络整体结构比较复杂，而且地球站群站点分布比较密集，分布范围相对较广，要求密钥分配必须合理且科学。不过实际上受到诸多限制性条件影响，很难实现相关目标，并为实际管理带来较多困扰。（3）卫星通信网络涉及多类用户业务，不同用户具有不同需求，这就使通信期间会涉及数量巨大且类型多元的信息资源，不同信息资源有着不同的保密等级要求，若不能科学管理，将影响信息资源保密等级和强度，需要在管理过程中根据实际情况展开深入分析，充分发挥卫星通信网络的通用性。（4）卫星通信网络运用中，因为在空间中卫星信号有着较长的传输线路，很容易在信息传输过程中发生延时问题，若出现此类问题，会在密钥管理及分配期间延长服务器响应时间，并对密钥分配以及管理效果产生负面影响[4]。

3 卫星通信网络安全威胁的防范措施

3.1 分层级落实安全防范措施

卫星通信系统主要包含3 个组成部分，即空间段通信卫星、用户段地球站以及测控段管理控制站。运行流程主要是地球站申请入网，申请通过并成功入网之后，就代表卫星通信地球站完成组网。对于管理控制站，其主要对网内地球站进行管理，管理控制站以及地球站均属于网状结构，不过在组网期间主要是混合应用网状网以及星状网。网络结构涉及不同的组网方式，会给卫星通信系统带来差异化安全威胁，在网络结构当中根据通信网络组网方式、上下行传输链路以及终端物理传输媒体，分别把卫星通信系统所面临的安全威胁划分成3 个层级，即网络管理层、业务传输层以及物理设施层。为有效应对安全威胁，分别介绍不同层级相对应的安全防范方案。

（1）物理设施层级。物理设施层级主要包含物理传输媒体和承载物理媒体的一系列基础设施，涉及多种对象，包括地球站以及通信卫星等。卫星通信系统物理层级面临的安全问题广受关注，一个重要关注点就是在系统中接入的卫星终端是否合法，与其他结构所面临的安全问题相比，此部分问题尤其关键。在此过程中，针对卫星终端所制定的身份认证机制发挥着重要作用，可从制度层面维护卫星终端的合法性，并能够对标志性代码进行合理分配，在此基础上更科学有效地进行信息管理，卫星终端在和卫星系统相接之后，系统将及时地、自动化地对相关代码进行检测，如果验证成功，就会进入相关系统内部，而如果终端身份标志代码涉及非法问题，系统将拒绝其入网申请，通过落实此保障方案，可使卫星终端进一步增强安全性能，并使设备终端相互传输信息内容的过程更加安全，保证传输内容的机密性[5]。

（2）业务传输层。对业务传输层落实安全保护措施，需要首先关注该层级基本应用方向，同时参考有关链路连接规范，保证传输过程无差错，以更有效地实现点对点、点对多点相关链路的信息传递。在卫星传输链路当中，包含有上行链路和下行链路，相关功能在实际应用过程中要着重关注涉及的安全问题。为对此层级加强安全防范，需要着重关注链路层面临的干扰问题，而为有效处理及控制此类安全威胁，需要针对性地落实新型抗干扰技术，促使信道终端进一步增强抗干扰性能，突破原技术局限，最大程度提升抗干扰效果[6]。工程实践中，需要结合实际情况选择多类抗干扰方案，发挥多方案优势，突破原抗干扰技术的不足和局限，使链路层在实践中具有更强的抗干扰能力，在此基础上保证卫星通信网络实际运行状态更加稳定、安全。在相关方案落实中，涉及的多类干扰技术彼此之间体现出一定互通性，实践运用当中要高度关注技术的互补性，合理组合应用多种抗干扰技术，更充分地发挥各种技术优势、发挥更大作用，有效增强卫星通信网络抗干扰效果。系统运行过程中，如果干扰识别模式成功检测到干扰频率，这种情况下需要及时切换通道，保证输出通道有序衔接，从而将干扰源全面切断，使网络能够正常、可靠地运行。

（3）网络管理层。对于网络管理层，若不能落实合理且有效的管理方案，会导致网络管理层存在巨大安全威胁，进而直接对卫星通信系统的安全性、稳定性造成影响。卫星通信网络实际运行期间要对抗损毁相关问题加以考量，采取有效措施解决资源冗余问题，由此进一步增强抗摧毁效果。结合相关思路，在工程实践过程中可联合应用频段备份、卫星备份等多样化的手段，促使网络管理层具有更高安全性能。

3.2 合理应用安全威胁防范技术

（1）可应用星体加固技术。在卫星通信系统中，一些零部件极易受到损害，对此需要及时采取有效的处理措施，通过星体加固与升级，进一步增强系统安全性能，在此基础上使卫星通信网络能够安全有序地工作。在卫星通信网络实际运行过程中，经常会受到诸多因素影响，导致发生硬件损坏问题，也就是星载光电成像传感器受到破坏，针对这一问题，首先需要深层次分析激光危害，针对性地选择有效的预防措施，尽量降低激光引发的危害和影响。同时，还需要注意在传感器前方合理设置涂层或添加涂光片，由此对各种波长激光加以屏蔽，还可应用光限制器对光电传感器加大保护[7]。

（2）要科学、合理地应用卫星网技术，在此基础上维护卫星通信网络整体安全性。卫星网技术主要是基于实际需求先发射若干假卫星，由此产生一定干扰作用，从而保护真正的卫星，避免真正卫星受到外部攻击。敌方因为受到假卫星的干扰，不能及时锁定真正卫星点位，从而失去攻击机会，促使卫星始终保持正常的工作状态。另外，为进一步保护卫星，还可选择微型卫星组网形式，由此规避卫星遭受外部攻击，维护卫星系统可靠运行。除了上述方法，还可把能够对电磁波进行吸收的保护层涂刷于卫星表面，由此对卫星本体电磁波加以保护，同时还有助于规避敌方探测器。

4 结语

卫星通信是国防通信网络体系的重要组成部分，在军事领域，可以提供强大的态势感知能力，对形成“空天地”一体作战能力具有战略意义。从国家安全层面来看，解决卫星通信网络面临的安全威胁刻不容缓，针对目前卫星通信安全国际环境，必须及时制定防范对策，坚持自主可控原则，提升卫星通信网络在多种技术应用下的抗干扰能力和安全性能，牢牢把握未来信息化战场的太空主动权。