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趋势 | 美国高度重视太空系统网络安全

日期:2021-10-08

导语

“世界的眼睛现在注视着太空,注视着月球和更远的行星,我们发誓,我们将看到它不是被敌对的征服旗帜所统治,而是被自由与和平的旗帜所统治。”1962年约翰·肯尼迪总统的这一段话,在时隔近60年后,被美国的太空作战域论调彻底推翻。

2020年6月和8月,美国相继颁布新版《国防太空战略》和《太空力量》两大重大战略和条令,明确指出“太空将成为独立的战争领域!”自特朗普上台后,对太空的重视异乎寻常,美国政府重拳出击,从颁布重大太空战略、重建太空司令部、建立太空军到新建太空发展局、研发太空武器等,采取一系列举措加速推进太空军事化进程,直言不讳宣称备战太空。

值得注意的是,美国防部新版《国防太空战略》明确提出“国防部正将其太空方式从支援职能转变为作战领域,以应对动能打击、电子战、网络攻击等威胁和挑战。”紧随其后,美太空军首份作战条令《太空力量》也指明了“网络空间作战是军事空间作战中至关重要和不可避免的组成部分,是与其他作战域联系的主要纽带。因为这种依赖性,可为对手创造新的攻击途径,比仅在空间域内的轨道战提供更低的成本和更高的成功机会。”充分说明,美军在备战太空的同时高度重视太空系统所面临的网络威胁以及这两大作战域之间的交织和渗透。

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,既相互重叠交汇,又协同合作。未来的战场是陆、海、空、太空和网络一体化的作战空间,太空和网络空间作为与陆、海、空并列的新型作战域,两者都在各自的领域产生影响,并横跨其它领域。随着太空系统网络威胁的不断增多,太空与网络空间将在未来作战中不可避免地多层次相互交织,为此,美军近年来从战略条令、组织机构、作战力量、态势感知、作战演习等角度全面持续推进太空实战化发展,做好太空系统应对网络威胁和攻击的准备。

太空系统所面临的网络威胁

对当今太空系统而言,从综合地面站到数据传输设施,再到航天器,均面临着网络攻击威胁。现有网络攻击手段足以致任何太空系统瘫痪,影响天基定位、精准授时等功能甚至直接威胁国家安全。太空系统所面临的潜在网络威胁可能包括国家间与军事行动、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等。总体而言,太空环境所面临的网络威胁主要有:

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。

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。

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、虚拟现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,使其采取利于己方的行动,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。

除上述攻击之外,还有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。针对GPS的网络欺骗和干扰。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。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。

战略方面,从“拥挤、竞争、对抗”到“作战域”,美军重新定性太空安全环境

为面对并解决太空系统所面临的网络威胁,美军首先从顶层规划上予以引领并定位,从“战略克制”向“主动预防”转变。美新版《国防太空战略》明确提出要做好应对动能打击、电子战、网络攻击等威胁和挑战的准备。这是美国自成立太空司令部和太空军后发布的第一份战略文件,该战略提出了美未来十年的太空战略目标以及四项具体行动方针,充分表明美太空军事化进程不仅在加速,而且正在为太空战加紧布局。

事实上,美太空战略的形成经历了一个阶段性的演变过程,从里根政府到小布什政府阶段,美太空战略得到了全面发展,形成了比较完整的战略体系。总体以“战略防御”为主,倡导国家太空发展与科学技术发展及国家发展全局的协调性。到小布什政府时期,太空战略显得更加强势,追求在太空领域的绝对优势,太空战略向军事化发展趋势开始明显。

奥巴马政府上台后,美国认为太空安全环境发生了重要变化,己经进入了“3C”时代,即轨道交通日益拥堵(Congested)、权力争夺日益加剧(Contested)、实力竞赛日益激烈(Competitive)。为此,相继颁布《国家太空政策》和《国家安全太空战略》两大重大文件,规定了美太空安全的三个战略性目标。美政府也是在2011年的《国家安全太空战略》中首次正式将太空安全环境描述为“拥挤、竞争和对抗”。但到了特朗普政府,更加强调太空对于国家安全的重要性,公开指出将太空转变为作战领域,准备应对包括网络威胁在内的任何威胁和挑战,同时实现了太空军的组建,确保美国在太空领域的领导地位和军事霸权。

“拥挤、竞争、对抗”到“作战域”,表明美国对于太空安全环境认识的转变,以及由此产生的巨大忧虑。究其原因,随着越来越多的政府和非政府主体(主要指私营企业)进入并利用太空活动日益频繁,特别是中、俄两国的航天能力日益增强,使美国认为其所面临的太空环境越来越缺少稳定性和安全性,其太空资产所面临的风险和威胁日益增多,直接威胁到美国当前的太空安全目标。因此,对丧失太空领域领导地位和制定太空规则权利的担心是其核心。这种担忧不但始终贯穿、并左右着美国太空战略的调整和演变。

组织架构和管理方面,构建多层面、分工明确的太空组织管理体系

为增强太空战略执行力,美采取了一系列措施,包括成立国家太空防御中心、太空发展局、太空司令部等,从多层面构建和完善太空组织管理体系,目的在于实现太空战略的资源整合、集中领导和统一指挥,进一步加强应对包括网络威胁在内的任何威胁和挑战的能力。

(一)重在研发和部署太空作战与防御能力的“国家太空防御中心”

美战略司令部新型太空作战指挥与控制机构—联合跨部门太空作战中心2017年4月正式更名为“国家太空防御中心(NSDC)”,标志着该机构已完成测试,开发和完善作战概念与“战术、技术和程序”工作取得实质性进展,正式具备初始作战能力。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;战术层面,该机构的主要目的是提升美国对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。

此次更名,一方面展现出美军对保护太空和太空系统、抵御威胁的重视;另一方面也表明,美军将太空视为新作战疆域已从认知层面转到实践层面,持续加强太空作战事物的管理,推动新型太空作战指挥机构成熟化、优化太空系统指控流程,提升强对抗环境下太空系统的作战支援能力与太空对抗实战能力。

(二)着力构建美军下一代太空体系架构的“太空发展局”

美五角大楼2019年3月正式设立太空发展局(SDA),SDA将统一并整合美国防部力量,确定、制定及运用创新性解决方案,预先应对未来可能出现的威胁。因此SDA的主要职责是:一是整合太空领域相关活动,形成大规模集成系统;二是将成为太空系统多个复杂组件工程的核心枢纽,包括标准和协议、网状网络、地面站和终端等;三是利用商业太空领域的创新和投资。

太空发展局当前工作重点是研究与构建应对新兴威胁的下一代“国家安全太空架构(NDSA)”,该架构将由传输层、导航层、监视层、威慑层、跟踪层、作战管理层、支持层七层构架共计数百颗卫星组成,实现太空态势感知、全球监视、威慑、作战管理等八大能力,将整合整个国防部及航天工业的下一代太空能力。美军下一代太空体系架构将由传统的“以大为美、确保零风险” 军事航天理念转变为追求以“规模化、经济性、不惧打”来赢取优势,在目标定位上更加聚焦太空攻防,更加强调实战化、一体化功能和灵活、弹性与敏捷特征。一旦得以实现并投入实战,将对太空攻防带来颠覆性影响,并改变目前对太空战场的既有认识。

(三)负责网络安全协作的“太空信息共享与分析中心”

作为美国24个国家级信息共享与分析中心中最新的一个,美政府2019年4月成立“太空信息共享与分析中心”,将为太空行业提供针对网络威胁信息分发一站式服务,发射、太空制造、载荷设计与制造、太空与地面通信、卫星通信服务、系统集成等这些太空行业细分领域都被视为其关键保护对象。该中心的职能是推动美国政府与航空等行业的合作,通过共享漏洞数据、处置措施和响应办法等信息来应对网络攻击。除了提供网络威胁信息服务外,该中心未来的工作重点也将放在帮助其成员单位理解并满足美国防部“网络安全成熟度模型认证(CMMC)”的要求,“如何沿着供应链加强太空行业的网络安全性”将成为该中心的重点。

(四)视发展网络攻防能力为当前重点的“美太空司令部”

美国白宫2019年8月宣布成立美国太空司令部,进一步凸显太空作为美国“战争疆域”的重要地位。事实上,美国太空司令部并不是一个新生的军事机构。早在1985年,美国总统里根曾设太空司令部,将其作为“星球大战计划”的重要组成部分。但2001年“9·11”事件后,美国的武装力量转向反恐和国土安全,太空司令部于2002年解散,其职能被战略司令部兼并。此次太空司令部的重新组建同美国整体军事转型相吻合,标志着美国在“大国竞争”战略下更加注重对太空这一关键作战领域的争夺,意图保持并巩固美国在太空的既有优势。

作为美军在太空领域的作战部门,太空司令部需要做好积极作战和防御的准备,包括在某些情况下开展网络攻击行动来进行太空作战。当前太空司令部将发展与网络相关的能力和人员列为工作重点,未来将发展训练有素的联合太空战士,以执行与国防信息网络部(DODIN)相关的措施,同时确保网络攻防战士准备好执行必要的任务,以将力量投射到网络空间。目前,太空司令部正在勾勒与网络作战相关的角色、职责、功能、指挥控制及权限等,同时正在进行作战规划,并将确定指导太空司令部网络作战的作战概念,并概述人员、政策、进程和程序。规划的核心是建立联合网络中心,以指导和协调司令部的网络作战,并与网络司令部、联合部队总部(JFHQ)-DODIN以及其他作战司令部建立联系来整合网络效应。

太空作战力量方面,美太空军注重谋求独立作战能力

从批准设立太空军,到不遗余力地发展太空作战力量,美国在太空军事化的道路上可谓一路狂奔。特朗普2020年5月进行太空军授旗仪式,成为美国武装力量第六军种,标志着太空军事化的进程又迈出了重大一步。紧随其后,8月,美太空军颁布首份作战条令—《太空力量》,再一次重申了“为什么太空力量对美国至关重要,军事太空力量是如何使用的,谁是军事太空力量,以及军事太空力量重视什么”等核心问题,从顶层设计方面为太空部队建设做出长远规划,也将为国家安全、国防和国家军事战略提供支持。

长期以来,美陆军、海军和空军分别根据各自需求发展了相应的太空能力,并将其作为辅助能力为军队作战提供支持。但随着太空部队的建立,太空军开始注重谋求独立作战能力,增强其进入空间、利用空间和控制空间的能力。当前,美太空军从“保护美国太空利益”到“在指定的时间、地点和方式有效回应太空威胁”,其职能使命悄悄扩展。 太空军2020年1月利用“天基红外系统”的导弹预警卫星监测到伊朗向伊拉克境内美军基地发射弹道导弹,为美军地面部队提供了预警,可以看作是太空军的首次作战行动。3月,反通信系统10.2版交付太空军第四太空控制中队,首款进攻性武器投入使用。反通信系统CCS B10.2版是一种可移动运输的用于阻止敌方卫星传输的新型地面通信干扰器,已具备实际作战能力,是美太空军首套见诸媒体的“进攻型”装备。该系统的初期版本2004年列装美国空军,此后一直逐步更新,不断加入新的技术和频段。

在太空军首份《2021财年预算申请》中,申请了近5470万美元的太空系统研究与开发预算,其中近5050万美元用于推进反通信系统的升级与生产。如果说美太空军此前已经有了身份、架构、人员和资金的话,那么,CCS B10.2版的入列则意味着太空军有了自己的武器并形成进攻性战斗力。未来,美太空军还将在装备、资源、能力、领导等方面全面发展,以扼守战略制高点,提升赢得未来的作战能力。

态势感知方面,全方位加大太空态势感知的研究和开发力度

太空态势感知是太空攻防对抗活动的基础,也是太空信息化战争的主要支撑力量。美国已将太空态势感知能力视为“所有太空活动的基础、太空控制的关键前提和不可或缺的作战力量”,唯有具备强大的空间态势感知能力,才能料敌于先、防患未然。因此,美近年来从新一代太空感知体系构建、DARPA项目、新技术应用以及演习和创新竞赛等方面全力加大太空态势感知的研究和开发力度。

近年来为备战太空,美国摆脱过去以地基为主,天基为辅的思路,大力部署天基太空态势感知系统,2020年前美国投资60亿美元用于太空态势感知能力建设,其中天基太空态势感知能力建设是重中之重。而且,美军2021财年将为太空部队网络项目投入1.5亿美元,意在加强网络运作来投资网络空间能力,通过主动的网络防御活动和增强的网络态势感知来提供增强的网络任务保证。重点发展实时跟踪、广空域、宽时域、全天候、阔频谱的新一代太空感知体系。

同时,在美军不断强化太空安全的背景下,美国防高级研究计划局(DARPA)正在积极开展两大研发项目,以提升空间态势感知能力并加强对空间的指挥和控制,包括研发太空作战虚拟实验室的“标记”项目和集成史上最大规模空间传感器网络的“轨道瞭望”项目。“标记”项目旨在创建一种虚拟太空战场,使美军领导层能更好地感知太空环境和潜在威胁,帮助美军快速评估和集成太空指挥控制技术,意在变革太空态势感知和管理战略。“轨道瞭望”项目集成了史上最多元、最大规模的空间传感器网络。通过集成不同来源,包括美国政府、商业及国际合作伙伴的空间目标监视设施的观测数据和其他数据,创建新型数据采集平台和网络,提供更清晰、更真实的空间态势图,大幅提升美军对具有潜在危害的空间物体作出近实时决策的能力。不但可以解决SSS无法轻易、快捷地共享数据的问题,还可以提供一种快速获取及处理大量高质量多元来源数据的方法,更好地了解快速变化的太空环境,并在卫星面临风险时做出评估。

此外,美军还注重将人工智能和云计算技术应用于最新太空态势感知系统建设中,如“轨道阿特拉斯”军用版、“联合太空作战中心任务系统增量 2”、智能太空系统等。近年来还频繁举办太空态势感知演习和创新竞赛,包括“全球哨兵 2017”、VQ-Prize竞赛等,意在提升实际作战能力和太空军事人员的能力。

作战演习方面,注重太空网络作战能力演训和战略、战役、战术层面的全覆盖

太空战演习是美军探索太空力量作战运用直接而有效的途径,对美国提升太空作战指挥系统效力,加强太空对抗环境下作战实力起到了直接推动作用。美军通过各种军事演习加快太空军事化进程,通过控制太空来占据五维作战空间的制高点,从而实现从感知优势到认知优势再到决策优势的飞跃。

(一)推出验证和保护太空系统网络安全的“太空靶场”

卫星和地面终端并不是孤立的存在,网络安全威胁分散于各颗卫星和各地面系统内,因此,必须能找出整个生态体系内的薄弱环节。2020年5月,美国防信息安全技术服务提供商美泰科技正式推出可重复使用的“太空靶场”(Space Range)虚拟作战体系,通过模拟真实网络环境,查明隐藏漏洞、不当配置和软件缺陷,达到预防和挫败网络攻击的目的。

“太空靶场”是一个虚拟、闭环、受控的卫星指挥与控制(C2)仿真环境,可以缩放到任何大小的体系结构和任何密级,很容易进行重新配置,以用于各种太空系统——卫星、地面站、上行链路/下行链路等。通过运用虚拟现实技术,真实还原太空系统和网络空间环境,并融入网络防御专业技术,可重复使用,灵活便捷。它运用软件定义的基础结构模型,依照现实网络架构,创建仿真模型,还可根据需要,将太空、地面和网络环境整体转换为软件定义的基础结构,确保真实模拟特定环境,且无需人工调整。通过使用现实网络流量支持靶场运行,加入太空协议、轨道效应、外部攻击者等要素,真实反映现实中太空域特有挑战。

此外,太空靶场还可提供现实网络安全训练,参训人员“足不出户”即可提升保护关键太空资源的能力水平。在使用太空靶场的过程中,用户可通过拖放界面复制所需太空系统和环境,生成虚拟靶场模型。整个复制模拟过程按照真实信息技术环境进行,确保复制模拟的结果为全结构环境。演练均按照实战化要求进行,可模拟展示最坏情况设定,对从业人员进行事故处置能力测试。模拟演练可以核准应急响应预案的有效性,实际检验和提升机构/企业网络安全防护能力,发现潜在风险点。

(二)全面覆盖战略、战役、战术层面演习,加强太空实战化能力

目前,美军的太空军事演习主要有“施里弗”演习和“太空旗帜”演习两大系列,通过这两个系列的相互补充和有机结合,达成美军太空战场练兵的目的。美军通过“施里弗”系列演习强化了对太空安全、空间力量运用、太空与网络空间融合、多域战指挥等重大战略性问题的认识,不断丰富和完善其太空威慑战略、太空作战条令和太空作战概念。总体来看,“施里弗”系列太空战演习,不仅是美军推动太空理论研究、保持太空优势和进行太空备战的重要举措,更是一场接近真实的作战模拟,深层次的目的是加强美军的太空战威慑能力。 

相比已经开展了11次的“施里弗”太空战演习,美军“太空旗帜”演习的最大不同是聚焦战役和战术层面的演训,由战略层面延伸到战役、战术层面,体现了美军对于太空实战化训练的重视,也反映了美军对当前太空安全环境变化的认识和巨大忧虑。“太空旗帜”演习是一种模拟训练,将分布在不同地域、作战环境中的太空军事力量模拟合成起来,并采用波音公司的网络中心战解决方案,以模拟仿真-人机交互的方式创建作战概念、战术、技术和程序,形成基于现实环境的战争场景,通过复杂的沉浸式学习环境,使参演部队实时参与到作战场景的演训中。同时在美国太空战略的引领下,演训重点已经由信息支援向太空防御作战转变。通过“太空旗帜”军演,美军可以不断演练自身新式武器的作战效能和各军兵种与太空作战部队的一体化执行能力,发现自身薄弱环节,检验太空技术能力,时刻为军事斗争做出准备。

两点认识

(一)国际太空安全呈现战场化趋势,推动国家间太空安全互动“向善”发展面临压力

冷战后国际体系的变化、太空技术的发展、太空军事利用的推进共同促成了当前国际太空环境的变化。冷战时期,拥有太空发射能力的行为体非常有限,美国和苏联是全球太空活动的绝对主角,太空安全秩序总体稳定。而进入21世纪以来,太空技术的广泛扩散和商业太空活动的不断推进,促使越来越多的国家成为太空行为体,美国再也无法在太空中发挥绝对的支配作用。一些商业太空技术甚至比军方的技术更为先进。如太空探索公司(SpaceX)、维珍银河公司(Virgin Galactic)、蓝色起源公司(Blue Origin)等私营太空企业正竞相进入太空和利用太空。太空的军民两用性和太空商业化的发展使太空军备竞赛更加复杂,太空国际环境中对抗性更趋明显,越来越多的国家开始追求太空军事能力。因此,当今太空国际环境呈现出太空活动主体数量猛增、太空国际竞争更加激烈、太空军事对抗更趋明显、太空商业化势头迅速高涨的特征。

为此,美国明确将太空作战能力列为美军今后的重点发展方向,加速推进太空军事化,以“太空控制”战略追求“太空独霸”,尤其是太空军的正式成立,更有利于凝聚力量,争取更多的经费推动太空力量发展建设,特别是推动进攻型太空武器装备建设。紧随美国脚步,俄罗斯、法国、印度及日本等国均在积极发展太空军事力量,以抢占太空战略优势,维护国家太空安全利益,使得太空军备竞赛更加公开化、激烈化和武器化,正式步入战场化时代。

太空国际体系的资源争夺和军备竞赛,以及美国咄咄逼人的进攻姿态,现实威胁着全球战略的稳定。为此,我国应保持战略定力,坚持发展太空技术和力量,密切跟踪掌握太空态势。同时注重国际合作,有效推进太空安全新秩序的构建,促进国家间太空安全互动由可能的冲突向合作转变,推动“向善”发展。

(二)面对太空系统网络安全易攻难守的特性,提升内功才是正解

太空系统脆弱性和轨道的相对可预测性使得太空系统具有易攻难守的特性,太空领域的攻防对比更有利于进攻的一方。天基武器、动能打击武器等对太空系统造成“硬杀伤”的武器系统造价昂贵,而且数量稀缺,但随着太空网络攻击手段技术和门槛的降低,较少的投入就能获得很大的成效,很容易就能被一些国家、组织甚至个人获得。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。而太空防御则面临着研发时间长、经费消耗大、成效不明显的困境。在太空防御真正发挥效果之前,低门槛的太空攻击就已能对其造成破坏,甚至进一步打断太空防御的发展进程。

为此,我们要掌握一批太空核心技术,增强技术储备,建立和发展强大的太空力量,提高核心竞争力;加快推进天地一体化网络建设,并发展全维空间态势感知能力;制定太空大数据及人工智能战略,推动新一代信息技术应用于太空安全领域的研究;掌握全面、持续地发展太空和网络空间力量,重视集成太空系统和网络空间保障能力实现全维作战。


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