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1. 简介
卫星网络安全是保护我们重要技术基础设施的重中之重。卫星绕地球运行,在现代世界中发挥着各种不可或缺的作用。它们是全球电信网络的骨干,可实现远距离的无缝语音和数据通信。卫星还为我们日常活动所依赖的精密导航系统提供动力,支持对天气预报和灾害管理至关重要的气象服务,并通过监视和侦察能力为国家安全做出重大贡献。
尽管卫星至关重要,但它们也无法免受日益严重的网络攻击威胁。包括俄罗斯、中国和伊朗等民族国家在内的对手已经认识到在网络战中瞄准卫星的战略价值。这些经验丰富的攻击者采用各种战术、技术和程序 (TTP) 来破坏卫星系统,从利用地面基础设施的漏洞到干扰卫星信号,甚至试图控制卫星本身。
卫星网络安全的主要问题之一是与这些轨道资产进行通信和控制的地面站的脆弱性。这些地面站与地面网络互连,因此容易受到网络入侵。恶意行为者(包括国家支持的团体)不断探查弱点,以获取未经授权的访问权限、破坏通信链路或操纵卫星数据。
加密和认证机制不断更新,以保护卫星通信和指令,避免潜在威胁。计算技术的发展为这一挑战增加了另一层复杂性,因为它可能使当前的加密方法过时。
随着太空变得越来越拥挤,人们开始担心卫星可能遭受故意碰撞或其他形式的干扰。能够访问卫星数据的网络对手可能会利用这些信息进行邪恶活动。
为了应对这些威胁,卫星网络安全正在不断发展。下一节介绍了增强加密协议、保护地面基础设施和制定弹性措施以减轻网络攻击影响的方法。本章还介绍了航天国家在国际合作和信息共享方面的关键努力。
卫星网络安全是一项多维度的挑战,需要不断保持警惕和创新。随着各行各业对卫星技术的依赖性日益增加,我们必须领先于俄罗斯、中国和伊朗等网络对手,因为他们试图利用卫星系统的漏洞来获取战略优势。这种不断变化的形势需要采取积极主动的方法来保护我们在太空的资产,并保护它们为社会提供的关键服务。
2. 历史视角和不断变化的威胁形势
多年来,卫星已从冷战时期的地缘政治战略工具演变为现代社会不可或缺的资产,发挥着从通信到导航等多种功能。然而,这种转变也带来了一系列复杂的威胁。早期的卫星系统面临的风险主要来自物理攻击和间谍活动,而今天的卫星还必须应对复杂的网络攻击威胁,包括黑客攻击、信号干扰和欺骗。这种转变凸显了在不断变化的威胁形势下,迫切需要调整安全措施来保护这些关键资产。
通过隐蔽性实现安全
从历史上看,卫星一直享有一种“隐蔽的安全”形式。开发和部署卫星系统的成本高昂且技术复杂,因此除了最先进和资金最充足的对手外,其他对手不太可能将其作为目标。
威胁形势的变化
商用现货 (COTS) 组件和大型卫星群的出现改变了这一局面。这些创新使进入太空变得民主化,降低了成本并简化了开发,但也带来了新的漏洞。部署数千颗相同的卫星,发现其中一颗卫星的漏洞可能会暴露整个卫星群。商用现货 (COTS) 漏洞是由于使用大规模生产的组件而产生的,这些组件引入了可被更多对手利用的已知漏洞。
了解威胁
在军事领域,卫星是指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察 (C4ISR) 能力不可或缺的一部分。它们能够实现远距离的实时协调和信息共享。这种依赖性使得卫星成为希望破坏军事优势或“平衡竞争环境”的对手的诱人目标。
全球定位系统 (GPS) 卫星是民用交通、航运和应急服务的核心。这些服务的中断将带来深远的经济和安全后果。卫星还提供关键的天气数据,有助于自然灾害预测和响应。这些数据通过及时发出警报和疏散来挽救生命和保护财产。
在一些情况下,关键基础设施依赖卫星数据。对卫星系统的攻击会波及从金融到医疗保健等各个相互关联的部门,因为它们是单点故障。想要造成广泛社会混乱的对手可能会将卫星作为关键服务的瓶颈。
随着对太空资产的依赖日益增加,了解和减轻相关威胁至关重要。无论从军事角度还是民间社会的角度来看,成功攻击卫星系统的潜在后果都是严重的。
未来的安全措施必须考虑到不断变化的威胁形势,认识到技术进步的双刃剑性质,这些技术进步既可以实现太空系统的建设,又可以暴露太空系统。在竞争日益激烈的环境中,保护这些重要资产需要国际合作协议、强有力的网络和物理防御措施、行业标准和持续警惕。
卫星通信
卫星地面站通过卫星通信或卫星上行/下行链路的过程与卫星建立通信。这种通信使地面站和轨道卫星之间能够交换数据、命令和遥测信息。该过程涉及几个关键组件和步骤:
• 天线系统:地面站使用专门的天线向卫星发送信号和从卫星接收信号 [ 1 ]。地面站天线以特定频率运行,通常呈抛物线或碟形,以聚焦信号。天线的尺寸和类型取决于卫星的高度、传输功率和通信频段等因素。
• 上行通信:地面站的上行传输将数据或命令从地面发送到卫星。传输的信号以特定频率和功率水平调制到载波上。天线的瞄准和跟踪机制将上行信号导向卫星。
• 卫星转发器:转发器接收来自地面站的上行链路信号。转发器是一种接收、放大并将传入信号重新传输回地球的设备。转发器处理信号,将其转换为不同的频带(通常在下行链路中),然后将其放大以进行重新传输。
• 下行通信:下行通信是将卫星信号传输回地面站的过程。卫星通过下行链路传输数据、遥测或成像信息。地面站的天线接收、处理和解调这些信号,以便进一步分析和使用。
• 信号接收和处理:地面站天线接收到下行信号后,捕获传输的数据。地面站对接收到的信号进行放大、滤波和解调,提取原始信息。先进的信号处理技术可减轻接收信号中的噪声、干扰和失真,确保数据检索准确。
• 控制和遥测:除了数据传输,卫星通信还包括遥测交换。遥测涉及收集和传输有关卫星健康状况、性能和状态。这些信息使地面操作员能够监控卫星的状况,跟踪其轨道,并进行必要的调整或远程排除任何问题。
• 地面站网络:多个地面站通常位于不同的地理区域,以便与绕地球运行的卫星持续通信。这些地面站可以协作提供全球覆盖,并确保卫星通信不间断,无论它们在天空中的位置如何。
• 数据处理和分析:地面站系统在接收和处理信号后分析数据或遥测信息。接收和处理包括解码接收到的信号、纠错、数据提取以及根据任务或应用的具体要求进行进一步处理。将处理后的数据用于科学研究、监测天气模式、电信、地球观测或其他基于卫星的服务。
天线
确保卫星天线系统之间的安全传输需要采用各种技术、方法和协议来保护传输数据的完整性、机密性和可用性。以下是确保传输安全的一些关键方面:
• 加密:加密是用于在传输过程中保护数据机密性的基本技术。在传输之前对数据进行加密,可使未经授权的个人无法理解信息,从而拦截信号。强大的加密算法和协议(例如高级加密标准 (AES))可保护数据。地面站和卫星之间的加密密钥交换可确保通信安全。
• 身份验证和风险:实施身份验证方法可验证卫星和地面站的身份,确保与受信任实体进行通信。采用数字证书、安全密钥交换协议(例如传输层安全性 - TLS)和质询-响应机制等技术来对通信涉及的各方进行身份验证。身份验证有助于防止未经授权的访问,并防止欺骗或中间人攻击 [ 2 ]。根据美国国家科学技术研究院 (NIST) 的说法,识别功能是风险评估的基础;风险管理从业人员应从识别功能开始。要管理风险和资产,必须首先识别它们。考虑组织的使命和业务目标、威胁环境、资产和漏洞将对整体风险管理决策产生重大影响,并将影响其他四个功能(即保护、检测、响应、恢复)[ 3 ]。
• 访问控制:访问控制机制对于限制未经授权的卫星天线系统访问至关重要。然后,安全专业人员授予基于角色的访问权限和许可 [ 4 ]。强密码策略、多因素身份验证和基于角色的访问控制可确保只有授权人员才能操作地面站设备并访问敏感信息。
• 安全协议:使用安全通信协议在地面站和卫星之间建立特定通道。安全外壳 (SSH)、安全文件传输协议 (SFTP) 或 Internet 协议安全 (IPsec) 等协议提供加密、完整性和身份验证功能。这些协议可保护通信免遭窃听、篡改和未经授权的修改。
• 防火墙和入侵检测/预防系统:部署防火墙来监控和控制地面站与外部网络之间的网络流量。它们执行安全策略、过滤传入和传出流量,并检测和阻止未经授权或恶意的活动。入侵检测/预防系统 (IDS/IPS) 也用于检测和应对针对天线系统的潜在网络威胁或攻击。这些系统提供实时监控、警报和阻止功能,以防止未经授权的访问或入侵。
• 物理安全:物理安全措施对于保护卫星地面站及其天线系统免受未经授权的物理访问或篡改至关重要。采用访问控制机制、视频监控、安全围栏和安保人员来确保设备和基础设施的物理保护。物理安全措施可防止未经授权的个人干扰天线系统或破坏其运行。
• 冗余和弹性:实施冗余和弹性措施 [ 5 ],确保在发生故障或中断时通信不中断。部署多个冗余天线系统、备用电源和通信链路,以减轻技术故障、自然灾害或恶意攻击的影响。冗余有助于维持持续通信并确保卫星天线系统的可用性。
上行链路和下行链路通信
确保卫星系统中上行链路和下行链路通信的安全传输需要各种技术、方法和协议。以下是确保这些传输安全的关键方面:
• 加密:加密对于确保上行和下行通信安全至关重要,即使用强大的加密算法在地面站和卫星之间传输加密数据。任何被拦截的数据对于未经授权的个人来说都是不可读的。高级加密标准(如 AES)通常用于保护传输数据的机密性和完整性 [ 6 ]。加密标准会随着时间和计算能力的变化而变化。
• 身份验证和密钥交换:安全身份验证和基本交换机制对于验证地面站和卫星的身份并建立安全通信通道至关重要。常用的协议(如传输层安全性 (TLS) 或安全外壳 (SSH))有助于实现安全身份验证和密钥交换,确保只有受信任的实体才能访问和与卫星通信。
• 跳频和扩频技术:跳频和扩频技术用于增强上行和下行通信的安全性。这些方法涉及快速改变载波频率或将传输信号扩展到很宽的频率范围。这样做使窃听者更难以拦截和解密传输的数据,因为信号看起来像是在多个频率上扩展的噪声。
• 错误检测和纠正:组织应采用错误检测和纠正技术来确保传输数据的完整性。他们还应使用前向纠错 (FEC) 或循环冗余校验 (CRC) 等协议来检测并在可能的情况下纠正传输过程中可能出现的错误。这些技术有助于确保收到的数据准确无误,没有传输错误或篡改。
• 卫星信号监测和认证:监测卫星信号和认证接收信号对于确保上行和下行通信的完整性至关重要。地面站监测接收信号以检测异常或未经授权的传输。安全人员使用信号分析技术和异常检测算法来识别和应对潜在的安全威胁或未经授权的访问尝试。
• 访问控制和授权:实施访问控制机制可限制对上行链路和下行链路通信的未经授权的访问。只有拥有必要凭证和权限的授权人员才能访问地面站设备和通信信道。基于角色的访问控制 (RBAC)、安全登录协议和强密码策略可强制执行访问控制和授权措施。
• 抗干扰和反欺骗技术:抗干扰和反欺骗技术用于降低故意干扰或信号欺骗的风险。这些技术使用信号处理算法、过滤机制和抗干扰硬件来抵消故意破坏或欺骗上行和下行通信的企图。安全团队通过减轻信号干扰或欺骗来维护通信通道的完整性和可用性。
• 冗余和弹性:实施冗余和弹性措施,确保上下行通信不中断。部署多个冗余通信链路、备用天线和电源,以减轻技术故障、环境因素或恶意攻击的影响。冗余和弹性措施有助于保持持续通信并确保卫星系统的可用性。
卫星转发器
确保使用卫星转发器进行安全传输涉及实施各种技术、方法和协议,以保护传输信号的完整性、机密性和可用性。以下是确保通过卫星转发器进行安全传输的关键方面:
• 频率管理:频率管理技术可确保通过转发器进行无干扰传输。团队通过为上行链路和下行链路通信分配特定频段并与其他卫星系统和地面网络进行协调,最大限度地减少潜在的频率冲突和干扰。适当的频率规划和协调有助于保持传输信号的完整性和可靠性。
• 信号加密:加密技术可确保通过应答器传输的信号的安全。在传输之前对数据进行加密可防止信息遭到未经授权的拦截或篡改。使用强大的加密算法和协议来保护信号的机密性和完整性,确保只有授权实体才能访问和解密传输的数据。
• 信号认证:信号认证机制用于验证接收信号的真实性和完整性 [ 7 ]。使用数字签名或消息认证码 (MAC) 等技术确保通过应答器传输的信号在传输过程中的完整性。信号认证有助于防止对传输的数据进行未经授权或恶意的更改。
• 波束成形和天线指向:使用波束成形技术增强传输的安全性。通过精确控制发射波束的方向和形状,将信号集中在特定区域,同时最大限度地降低窃听或拦截的可能性。此外,准确的天线指向可确保信号直接指向预期的接收者,从而最大限度地降低意外信号泄漏或被未经授权的实体拦截的风险。
• 转发器监控:持续监控转发器的性能和信号对于检测异常或未经授权的活动至关重要。监控系统分析功率水平、信号质量和频谱,以识别潜在干扰、未经授权的访问尝试或异常信号行为。及时检测此类异常可以迅速进行调查和缓解措施,以维护传输的安全性和完整性。
• 访问控制:使用访问控制机制限制对应答器及其相关系统的未经授权的访问。仅向拥有配置、操作或监控应答器所需凭证和权限的授权人员授予访问权限。基于角色的访问控制、安全身份验证协议和严格的访问策略有助于确保只有受信任的个人才能与应答器系统交互,从而降低未经授权的操纵或干扰的风险。
• 冗余和弹性:使用冗余措施确保转发器系统的可用性和弹性。在卫星上部署多个转发器以提供冗余和备份功能。这种冗余确保即使在转发器发生故障或中断时也能不间断通信。冗余、备用电源系统和冗余地面站连接有助于保持传输的连续性和可靠性。
信号接收与处理
确保信号接收和处理阶段的安全传输涉及实施各种技术、方法和协议,以保护接收信号的完整性、机密性和准确性。以下是在信号接收和处理期间确保传输安全的关键方面:
• 信号完整性和质量分析:接收到下行信号后,地面站会进行初步分析,以评估信号的完整性和质量。采用信号强度分析、信噪比测量和频谱分析等技术来评估接收信号的特性。这种分析有助于识别可能危及接收信号安全的潜在异常、干扰或未经授权的传输。
• 滤波和降噪:应用滤波技术来减轻影响接收信号的噪声和干扰。使用滤波器去除不需要的频率、抑制噪声并提高信噪比。使用数字信号处理算法(如低通、高通或自适应滤波器)来提高接收信号的质量和可靠性。
• 解调和解码:解调接收到的信号以提取原始信息。解调技术取决于传输中采用的调制方案。典型的调制方案包括幅度调制 (AM)、频率调制 (FM) 或相移键控 (PSK)。地面站通过解调接收到的信号以原始形式检索调制数据。
• 错误检测与纠正:应用检测与纠正技术确保信号处理过程中的数据完整性。使用循环冗余校验 (CRC) 或前向纠错 (FEC) 等协议来检测并在可能的情况下纠正传输过程中可能发生的错误。这些技术有助于确保接收到的数据准确无误且没有传输错误,从而为进一步分析提供可靠信息。
• 认证和验证:接收到的信号可能经过认证和验证过程,以确保其真实性和完整性。认证机制在传输过程中验证呼叫是否来自预期的卫星。使用数字签名或哈希函数对接收到的数据进行认证,确保其完整性和来源。
• 安全存储和处理:在安全环境中存储和处理收到的数据,以防止未经授权的访问或操纵。使用安全存储机制(如加密或访问控制措施)来保护数据的机密性和完整性。在数据处理过程中应用强大的安全协议和最佳实践,以防止潜在的安全漏洞或攻击。
• 入侵检测和监控:使用入侵检测和监控系统检测信号接收和处理过程中的未经授权的访问尝试或异常活动。这些系统持续监控数据流、网络流量和系统行为,以发现入侵或安全漏洞的迹象。任何可疑活动都会触发警报或通知,从而能够及时调查和采取缓解措施。
• 安全通信协议:使用安全通信协议将接收到的数据传输到下游系统或用户。传输层安全性 (TLS)、安全文件传输协议 (SFTP) 或虚拟专用网络 (VPN) 等协议可确保加密和认证传输,从而保障传输过程中数据的机密性和完整性。
控制和遥测
确保卫星通信控制和遥测阶段的安全传输涉及实施各种技术、方法和协议,以保护传输信息的机密性、完整性和可用性。以下是确保控制和遥测期间传输安全的关键方面:
• 安全通信通道:通信通道对于传输控制命令和遥测数据至关重要 [ 8 ]。传输层安全性 (TLS)、安全外壳 (SSH) 或虚拟专用网络 (VPN) 等安全协议通常用于加密地面站和卫星之间的通信。这些协议可确保传输的信息保持机密性,并防止未经授权的拦截。
• 身份验证和访问控制:在控制和遥测传输过程中,使用强大的身份验证机制来验证通信方的身份。地面站和卫星使用安全身份验证协议(如数字证书或加密令牌)来确保只有授权实体才能访问和交换信息。访问控制措施根据用户角色和权限限制对敏感控制功能和遥测数据的访问。
• 加密:应用加密技术保护控制命令和遥测数据的机密性。使用最新验证的加密算法和密钥对传输的信息进行加密。加密可确保即使信息被拦截,未经授权的个人也无法读取。它可以防止潜在的窃听或篡改控制命令和遥测数据。
• 遥测加密:加密遥测数据涉及卫星健康和性能的敏感信息,以防止未经授权的访问和篡改。采用加密算法和协议来保护遥测数据在传输过程中的完整性和机密性。在地面站和卫星之间安全地交换加密密钥,以确保遥测数据得到安全和授权的解密。
• 数据完整性和验证:实施确保控制和遥测传输过程中数据完整性和验证的机制。使用错误检测码(如循环冗余校验 (CRC))来验证传输数据的完整性 [ 9 ]。执行验证检查以确保收到的遥测数据准确且防篡改。
• 冗余和弹性:冗余措施可确保控制和遥测传输的可用性和弹性。使用多个冗余通信链路、备用地面站和故障转移系统来减轻技术故障或中断的影响。冗余可确保即使在发生故障或中断的情况下也能持续监控和控制卫星。
• 安全遥测通道:指定特定遥测通道为安全通道,需要额外的安全措施来保护关键遥测数据。这些安全通道可能涉及增强的加密算法、严格的访问控制策略以及对未经授权的访问或异常的持续监控。安全遥测通道有助于保护有关卫星健康和性能的敏感信息。
• 安全的遥测存储和处理:在安全的环境中存储和处理遥测数据,以防止未经授权的访问或操纵。采用安全存储机制、访问控制和加密技术来保护存储过程中遥测数据的机密性和完整性。在数据处理过程中使用受信任的安全协议和最佳实践来防范潜在的安全漏洞或攻击。
地面站网络
确保地面站网络内的安全传输涉及实施各种技术、方法和协议,以保护传输数据和通信的机密性、完整性和可用性。以下是确保地面站网络内传输安全的关键方面:
• 安全网络基础设施:在安全基础设施上构建地面站网络。基础设施包括实施强大的网络架构、防火墙、入侵检测和预防系统以及安全网络协议——设计网络基础设施,以防止未经授权的访问、网络攻击和数据泄露。
• 虚拟专用网络 (VPN):VPN 通常用于在网络内的不同地面站之间建立安全加密的连接。IPsec 或 SSL/TLS 等 VPN 协议可创建安全隧道,保护地面站之间传输的数据,防止未经授权的拦截或篡改。VPN 可确保地面站之间的通信保密且安全。
• 访问控制和身份验证:实施访问控制机制,限制对地面站网络的访问。仅向拥有适当凭证和权限的授权人员授予访问权限。使用身份验证协议(例如用户名/密码身份验证或双因素身份验证)来验证访问网络的个人身份。强大的访问控制措施有助于防止未经授权的访问并防范内部威胁。
• 加密:加密技术可确保地面站网络内的数据传输安全。使用端到端加密可保护敏感信息免遭未经授权的访问或拦截。使用加密算法和协议在数据包穿越网络时对其进行加密,确保传输的数据保持机密性和受保护。
• 网络监控和入侵检测:部署网络监控和入侵检测系统 (IDS) 来监控网络流量并识别潜在的安全漏洞或未经授权的活动。这些系统会分析网络数据包、检测异常并对可疑行为发出警报。实时监控可以及时响应并缓解地面站网络内的潜在威胁。
• 数据隔离:实施数据隔离技术,确保不同类型的数据(如控制命令、遥测或敏感信息)在网络内分离和隔离。隔离数据可防止未经授权的访问或意外共享敏感信息。使用访问控制和网络分段来实施数据隔离,并最大限度地降低数据泄露或未经授权访问的风险。
• 冗余和弹性:在地面站网络内使用冗余措施,以确保高可用性和弹性。部署多个冗余网络链路、备份系统和故障转移机制,以减轻网络故障或中断的影响。冗余可确保地面站网络内的通信不间断,即使在发生故障或中断时也是如此。
• 事件响应和安全审计:事件响应计划和安全审计对于确保地面站网络内的安全传输至关重要。事件响应计划概述了发生安全事件时的程序,包括事件检测、遏制、根除和恢复。定期的安全审计有助于识别漏洞、评估安全措施的有效性并确保符合行业标准和最佳实践。
数据处理与分析
确保数据处理和分析过程中的安全传输涉及实施各种技术、方法和协议来保护数据的机密性、完整性和准确性。以下是在数据处理和分析过程中确保传输安全的关键方面:
• 安全数据存储:组织应将处理后的数据存储在安全的环境中,以防止未经授权的访问或泄露。使用安全存储机制(如加密和访问控制)来保护静态数据的机密性和完整性。应用安全协议和最佳实践来防范潜在的安全漏洞或对存储数据的攻击。
• 数据加密:组织应存储加密技术,以在传输和静止时保护已处理的数据。使用加密算法和协议对数据进行加密,确保其保密性并防止未经授权的访问或拦截。在传输和接收系统之间安全地管理和交换加密密钥,以实现授权数据解密。
• 安全数据传输:将处理后的数据传输到其他系统或用户时,使用安全通信协议。传输层安全性 (TLS)、安全文件传输协议 (SFTP) 或虚拟专用网络 (VPN) 等协议提供加密和经过身份验证的传输通道,保护传输过程中数据的机密性和完整性。安全传输协议可确保处理后的数据安全到达其预期目的地。
• 访问控制:使用访问控制机制来限制对已处理数据和分析系统的未经授权的访问。仅向拥有必要凭证和权限的授权人员授予对数据和分析工具的访问权限。采用基于角色的访问控制 (RBAC)、安全登录协议和严格的访问策略来实施访问控制措施并防止未经授权的数据操纵或泄露。
• 数据完整性验证:使用数据完整性验证技术确保处理数据的准确性和一致性。应用验证检查(如校验和或哈希函数)来验证完整性数据传输和处理过程中的可靠性。防篡改检查确保其准确性和可靠性。
• 审计线索和日志记录:审计线索和日志记录机制记录和监控数据处理和分析活动。这些日志捕获数据访问、修改和系统事件等信息,为法医分析提供审计线索并确保责任追究。定期审查审计日志有助于检测数据处理系统内的任何未经授权的活动或异常情况。
• 数据匿名化和隐私保护:为保护隐私,在涉及个人或敏感信息时应用数据匿名化技术。从处理的数据中屏蔽或删除个人身份信息(PII),以防止个人身份被识别。隐私保护措施符合数据保护法规,并确保在数据处理和分析过程中安全处理敏感信息。
• 安全的数据处置:实施安全的数据处置实践,确保在数据过期时安全销毁数据。适当的数据处置技术可防止未经授权从存储设备或备份中恢复敏感信息。数据处置程序遵循行业最佳实践并遵守适用法规,以避免数据泄露或未经授权的数据恢复。
组织可以使用多种技术、方法和协议来实现处理和分析过程中的安全数据传输和存储。将数据存储在安全的位置,例如受密码保护的数据库或具有强加密功能的云存储服务。在传输和存储之前对数据进行加密,使未经授权的用户无法读取。使用 HTTPS 等安全协议在互联网上传输数据。实施访问控制措施来限制谁可以访问数据。使用校验和或哈希函数在传输和存储过程中验证数据的完整性。组织应跟踪谁访问了数据以及何时访问了数据,以帮助检测未经授权的活动,并对数据进行匿名化或假名化以保护个人隐私。卫星公司应安全处置数据,例如粉碎硬盘或永久删除文件。
这些技术、方法和协议有助于保护数据在传输和分析过程中的机密性、完整性和可用性。除上述措施外,组织还应实施以下措施来确保卫星通信的安全。
• 频率管理:使用多种频率传输数据,使未经授权的用户更难拦截。
• 信号加密:加密信号,使未经授权的用户无法读取。
• 信号认证:使用认证方法来验证信号发送者和接收者的身份。
• 波束成形和天线指向:使用波束成形和天线指向将信号聚焦在授权接收器上,使其更难拦截。
• 转发器监控:监控转发器是否存在未经授权的活动。
• 访问控制:实施访问控制措施,限制谁可以访问转发器。
• 冗余和弹性措施:实施冗余和弹性措施,防止信号中断和其他干扰。
组织使用各种技术和方法来保护数据在处理和分析过程中的传输和存储。这些技术和方法包括安全通信、数据加密、访问控制、完整性验证、审计跟踪、数据匿名化和安全处置。保护包括传输和分析过程中数据的机密性、完整性和准确性。加密、身份验证、安全协议、防火墙、物理安全和冗余可确保这种安全性。
通过采用频率管理、信号加密、身份验证、波束成形、转发器监控、访问控制和冗余措施,确保通过卫星转发器进行的安全传输。这些元素构成了强大的安全框架,保护了卫星传输信号的完整性、机密性和可用性。
在信号接收和处理过程中,安全传输采用信号完整性分析、滤波、解调、纠错、认证、安全存储、入侵检测、安全通信协议等技术,保证接收信号的完整性、保密性和准确性。
对于卫星系统中的上行链路和下行链路通信,通过加密、身份验证、跳频、纠错、信号监控、访问控制、抗干扰技术和冗余来确保传输安全。这些共同构成了一个强大的安全框架。
卫星地面站是与卫星保持联系的关键,它通过专用天线、上行和下行信号以及数据处理来促进通信。它们实现信息交换、控制命令和监控,支持各种基于卫星的应用和服务。
3. 卫星安全威胁
国家是最有可能对卫星构成严重威胁的行为体。它们拥有开发和部署复杂网络攻击的资源和专业知识。国家可能出于各种原因瞄准卫星,例如为了获得军事太空贸易,窃取敏感信息或破坏关键基础设施。各国的目标是军事技术、战略和相关知识产权。他们打算控制重要的太空资产,以削弱目标。
有组织犯罪集团也是卫星的潜在威胁。他们可能以卫星为目标窃取数据、破坏通信或实施其他犯罪。有组织犯罪集团可能没有国家那样的资源,但他们仍然是一个重大威胁。有组织犯罪可能使用敲诈勒索和勒索软件来窃取有价值的数据。他们还可能通过操纵通过卫星传输的数据来影响金融市场。
恐怖组织也可能将卫星作为攻击目标。他们这样做可能是为了破坏通信、散布恐惧或造成破坏。恐怖组织威胁可能不具备与国家或有组织犯罪集团相同的资源。他们可能通过攻击重要服务来造成破坏和制造恐惧。他们可能在太空中造成灾难性的连锁碰撞反应。
个人黑客也可能以卫星为目标。他们这样做可能是为了挑战、名誉或经济利益。个人黑客可能没有国家、有组织犯罪集团或恐怖组织那样的资源,但他们仍然会造成相当大的破坏。自吹自擂的高调黑客会制造恐慌,并可能操纵市场。恐怖分子可能会推动个人或政治议程。
上述组织和个人的任意组合:对卫星的网络攻击也可能涉及各种不同的参与者。例如,一个国家可能支持恐怖组织攻击卫星。或者有组织的犯罪集团可能与个人黑客合作攻击卫星。合作结合了不同的动机、资源和技能,以进行更复杂的攻击。
攻击者针对卫星可能使用的方法也多种多样。他们可能使用:
• 干扰:干扰是使用无线电波干扰卫星用于通信的信号。对手使用干扰来破坏通信,阻止卫星运行,或使其容易受到攻击。
• 禁用或破坏重要通信网络会造成不必要的中断。
• GPS 欺骗会导致虚假的位置数据,可能影响导航、军事等。
• 欺骗:欺骗是向卫星发送虚假信号的行为。恶意行为者使用欺骗来欺骗卫星,使其误以为它位于其他位置,或发送可能造成中断的虚假命令。
• 黑客攻击:黑客攻击是指未经授权访问计算机系统 [ 10 ] 或网络。黑客可能利用黑客攻击来控制卫星系统、窃取数据或破坏运行。
• 夺取控制权:劫持卫星以使用或滥用其能力。
• 控制中心:针对管理卫星的中心,造成大面积破坏。
• 供应链漏洞:利用全球采购零部件的弱点。
• 轨道改变:改变轨道以中断服务或导致碰撞。
• 辐射损伤:太阳能电池暴露在有害辐射下会降低性能。
• 物理攻击:对卫星的物理攻击也是可能的。这些攻击可能包括用导弹摧毁卫星或用激光使其失效。
4. 国际合作与挑战
太空威胁超越国界,因此合作至关重要。由于卫星服务于全球社区,因此对卫星的威胁具有全球影响。不同的国家和实体对太空有不同的用途,导致不同的优先事项和威胁认知,使得来自不同国家的零部件的安全性和完整性面临挑战。由于国家利益和法律体系不同,制定和执行国际法律法规非常复杂。
针对太空系统的网络威胁形势错综复杂,涉及各种行为体,其动机和手段也各不相同。这些威胁凸显了我们日益互联的太空基础设施固有的脆弱性。这种情况要求采取国际方法,认识到太空技术的全球性质及其潜在的开发后果。在网络风险日益增加的时代,合作、研究和强有力的安全措施对于维护太空资产的效用和安全至关重要。
5. 安全包容性有限
组织设计的卫星安全功能有限,难以更新和修补。该设计用于商业和政府用途,安全性是附加的而非内置的。此外,地面站容易受到攻击。
尽管存在这些挑战,但仍可以采取一些措施来改善卫星网络安全。这些措施包括:
• 使用强加密技术保护往返卫星的数据。
• 实施入侵检测和预防系统来监控恶意活动。
• 使用最新的安全补丁保持软件更新。
• 将卫星与其他网络隔离,以限制网络攻击的影响。
• 培训人员掌握网络安全最佳实践。
政府和商业卫星运营商正不断采取措施改善其网络安全态势。政府和商业运营商之间需要更加标准化的安全实践和更好的协调。
针对商业和政府卫星的具体网络威胁包括:
• 颠覆地面系统能力包括入侵地面站、控制卫星以及恶意使用卫星与卫星进行交互。
• 通信黑客攻击包括入侵卫星与地面站之间或卫星与卫星之间的通信链路。通信黑客攻击会拦截数据、注入恶意代码或破坏通信。
• 电子干扰或欺骗攻击会破坏卫星的通信或导航能力。
通过了解这些威胁并采取措施减轻这些威胁,我们有助于保护我们关键的卫星基础设施。
卫星网络安全的最新发展包括:
• 2022年,美国政府发布了一套新的指南,旨在提高商业卫星的网络安全。
• 欧洲航天局(ESA)正在开发一项新的卫星网络安全认证计划。
• 国际电信联盟(ITU)正在制定卫星网络安全的新标准。
所有这些组织都呼吁采用强加密技术来保护往返卫星的数据。他们还建议实施入侵检测和预防系统来监控恶意活动,让软件保持最新安全补丁,将卫星与其他网络隔离以限制网络攻击的影响,并对人员进行网络安全最佳实践培训。
运行卫星数量的增长
运行卫星数量的增加(主要是通过巨型星座)扩大了威胁面。卫星数量越多,网络攻击者的切入点就越多,整个网络就越容易受到攻击。随着运行卫星数量的增加,不同系统之间的互联互通性也随之增强。互联互通会产生多米诺骨牌效应,一颗卫星或一个系统的受损可能会影响其他卫星或系统。这种扩张需要重新评估现有法规并制定新标准以确保卫星运行安全。
经济影响和可达性
发射成本的降低和立方体卫星等现成部件的使用使商业实体和个人更容易进入太空。这种多样化促进了创新,但也导致了安全实践的不一致。市场价值的预期增长凸显了确保卫星运营免受网络威胁的经济重要性。
新兴技术与“新空间”
重量不足 1 公斤的小型卫星的出现带来了独特的网络安全挑战。它们在功率、处理能力和物理安全措施方面的局限性可能使它们更容易受到网络攻击。如果没有充分评估安全性,COTS 组件可能会引入漏洞。标准化组件可能允许攻击者在不同系统中找到可重复的漏洞。像 Blue Origin、SpaceX 和 OneWeb 这样推动“新太空”发展的组织必须遵守安全最佳实践来保护他们的任务。
卫星服务的安全注意事项
处理数 TB 地球观测数据和全球互联网容量的卫星必须确保数据完整性。未经授权操纵这些数据可能会产生广泛影响。大约 30% 的运行卫星支持军事和政府行动。保护这些卫星对国家安全至关重要。这些服务的中断会产生广泛的社会影响,影响从日常天气预报到全球导航系统等各个方面。
6. 未来前景与挑战
卫星行业必须灵活适应不断变化的需求,包括无处不在的宽带服务和遥感。安全措施必须同步发展。全球合作可能是必要的,以建立共同的安全标准和共享的威胁情报。组织面临着对技术进步的持续投资,以了解和减轻新出现的网络威胁。
商业卫星
商业实体已采用标准安全实践,使用加密、安全通信协议和威胁监控。然而,仍然存在不一致之处,尤其是在小型企业和初创公司中,安全性有时可能排在功能、成本效益和上市时间考虑的次要位置。我们在上面简要介绍了 COTS、第三方协作和商业卫星。COTS 的优缺点包括
COTS 有助于降低成本、加快开发时间,但也可能引入已知的漏洞,并且缺乏严格的安全评估。
第三方合作使商业实体能够越来越多地与网络安全公司合作,以评估和降低风险,同时开放与可能暴露新漏洞的第三方系统的互联互通。政府卫星系统包括隔离开发和软件保留,在这些系统中,它们开发独特的操作系统或从不更新商业操作系统,因为它们是隔离的。
小型卫星市场允许快速创新和服务多样化,但在追求小型化和经济实惠的过程中可能也缺乏对安全性的关注。
政府卫星需要严格遵守监管规定,确保一定程度的网络安全准备。然而,监管框架有时会落后于快速发展的技术,从而造成安全漏洞。政府卫星具有重要的国家安全考虑,例如确保军用和政府通信卫星的安全,这些卫星通常使用先进的加密和威胁缓解策略。由于它们非常敏感,因此它们经常成为目标系统,而国家支持的行为者对它们的威胁形势也不断变化。
政府与商业安全部门的合作使得利用商业创新和技术来增强政府能力成为可能。这里的一个问题是,如果商业实体不符合政府安全标准,可能会带来风险。
资金始终是个问题。网络安全措施的研究、开发和实施的预算和投资最初可能相当可观。然而,预算限制有时会限制部署创新安全技术的能力。
卫星行业面临着一些共同的挑战,例如缺乏国际合作和标准化,这可能导致互联的全球系统出现漏洞。技术的快速进步需要持续监测、分析和调整网络安全措施。最后,对卫星技术专业网络安全专业知识的需求不足。
7. 黑客和攻击
以下是针对卫星和卫星系统的著名黑客攻击和攻击列表。
1997 年俄罗斯卫星通讯社
1997 年,一位名叫杰伊·戴森 (Jay Dyson) 的软件工程师参与了一个名为 H4GiS (高频全球信息系统) [ 11 ] 的项目。H4GiS 是一个利用卫星收集和分发气象数据的系统。戴森发现该系统存在一个安全漏洞,攻击者可以利用该漏洞控制卫星。他向开发 H4GiS 的公司报告了该漏洞,但该公司并未当真。
戴森随后决定亲自利用这个漏洞。他控制了其中一颗卫星,并用它向该公司发送了一条消息。消息说:“我是杰伊·戴森。我控制着你的卫星。我给你一周时间来修复我发现的安全漏洞。如果你不修复,我将控制更多卫星。”
• 戴森当时正在一家名为轨道科学公司的公司工作。
• 戴森发现的漏洞允许攻击者向卫星发送命令。
• 戴森可以通过发送改变卫星运行模式的命令来控制卫星。
• 开发H4GiS的公司最初并未重视该漏洞。他们认为攻击者很难利用该漏洞。
• 戴森威胁要控制更多卫星,以说服该公司认真对待这一漏洞。
• 该公司修复了该漏洞并向戴森道歉。
• 戴森的行动有助于提高人们对卫星相关安全风险的认识。
该公司最终认真对待了这一漏洞。他们修复了漏洞并向戴森道歉。戴森揭露了这一漏洞并帮助保护了卫星的安全。
许多人认为 1998 年的 ROSAT 事件是第一次成功的卫星网络攻击。然而,支持这一说法的证据并不确凿。
ROSAT 是一颗德国 X 射线天文卫星,于 1990 年发射。1998 年,该卫星的星体跟踪器发生故障,导致其失去指向精度。此次故障使该卫星无法收集科学数据。
星象仪故障原因不明。一些专家认为是网络攻击导致的,而另一些人则认为是硬件故障导致的。这两种理论都没有明确的证据支持。
• 1998 年,星跟踪器发生故障。
• 失败的原因未知。
• 一些专家认为网络攻击导致了故障。
• 其他专家认为硬件故障导致了故障。
• 没有确凿的证据证明该事件是由网络攻击引起的。
ROSAT 事件的故事在媒体和学术论文中被多次重复。然而,必须注意的是,没有确凿的证据证明网络攻击导致了该事件。
天网赎金——1999年
1999 年天网赎金事件是一个屡次被揭穿的骗局[ 11 ]。
故事讲的是一群黑客控制了一颗英国军用通信卫星,并要求支付赎金以换取控制权。这些黑客自称隶属于一个名为“天网”的组织,“天网”是电影《终结者》中人工智能系统的名称。
许多人相信这个广为流传的故事是真的。然而,没有证据证明这一事件确实发生过。
这个故事最早出现在一位自称“黑客和安全研究员”的巴纳比·杰克(Barnaby Jack)的博客文章中。杰克声称他已经能够控制卫星,并且已经与黑客取得联系。然而,杰克没有提供任何证据来支持他的说法。
随后,其他媒体也报道了此事,并迅速传播开来。然而,没有其他安全研究人员能够证实杰克的说法。
2000 年,杰克承认这个故事是他编造的。他说他这样做是为了让人们对网络战争的危险感到恐惧。
• Barnaby Jack 首先在他的博客中报道了这个故事。
• 杰克声称自己与黑客有过接触。
• 杰克后来承认他编造了这个故事。
• 没有证据支持该事件曾经发生过的说法。
1999 年天网勒索事件提醒我们,在网上阅读信息时要小心谨慎。网上有很多恶作剧和骗局,识别它们至关重要。
• 2007 年,中国反卫星导弹试验摧毁了一颗报废的中国气象卫星。被摧毁卫星的碎片对轨道上的其他卫星构成威胁。
• 2013 年,一群名为 Team Poison 的黑客对国际空间站 (ISS) 进行了网络攻击。黑客入侵了 ISS 的控制系统并破坏了其运行。
• 2013 年国际空间站 (ISS) 没有遭受任何黑客攻击。声称一群名为 Team Poison 的黑客在 2013 年对 ISS 进行了网络攻击纯属谣言。
• 该恶作剧源自一位自称“黑客和安全研究员”的 Barnaby Jack 于 2013 年发表的一篇博客文章。在这篇博客文章中,Jack 声称他已经获得了国际空间站控制系统的访问权限并扰乱了运行。然而,Jack 并未提供任何证据来支持他的说法。安全专家揭穿了他的博客文章。
• 人们可能散布谣言,以恐吓人们网络攻击的危险。然而,没有证据表明任何黑客组织成功攻击了国际空间站。国际空间站的控制系统高度安全,并受到美国宇航局和其他航天机构的持续监控。
• 2017 年,一个名为 DarkSide 的黑客组织攻击了 Inmarsat 卫星星座。黑客可以访问该星座的地面系统并中断服务数小时 [ 12 ]。
• 2022 年,一个名为 Sandworm 的黑客组织对 KA-SAT 卫星网络进行了网络攻击。此次攻击导致乌克兰和其他东欧国家数千人的互联网服务中断。
随着我们对技术的依赖性不断增长,我们预计会看到更多的网络攻击。我们必须意识到风险并采取措施保护自己免受网络攻击。
2007年中国反卫星导弹试验是一个重大的太空和军事技术事件。
事件经过:
• 日期和目标:2007 年 1 月 11 日,中国进行了一次反卫星(ASAT)导弹试验,目标是已报废的风云一号C 气象卫星[ 13 ]。
• 方法:中国向卫星附近的太空发射了一枚带有动能拦截器的弹道导弹。撞击没有爆炸,但速度很快,足以摧毁目标。
• 高度:碰撞发生在距离地球约 865 公里(537 英里)的高度,位于太空中人口稠密的区域。
结果:
• 太空碎片:此次碰撞产生了 3000 多块可追踪的碎片和约 150,000 块较小的碎片颗粒。
• 对其他卫星的危害:这些碎片对类似轨道上的其他卫星(包括商业和政府资产)构成了直接和长期威胁。
• 对国际空间站(ISS)的威胁:尽管国际空间站的轨道高度较低,但碎片还是到达了国际空间站运行的区域,构成了潜在的风险。
• 长期影响:碎片将在轨道上停留数十年,持续威胁太空中的其他物体。
含义和反应:
• 国际社会关注:此次试验引起国际社会警惕,不仅因为其产生了太空垃圾,还因为它展示了军事能力。
• 外交影响:包括美国在内的各国对此次试验表示担忧,从而引发外交对话和紧张局势。
• 关注太空垃圾减缓:该事件导致人们更加关注太空垃圾减缓策略以及就太空负责任行为达成国际协议的必要性。
• 军事影响:此次成功试验展示了中国日益增强的太空战能力,引发其他国家重新关注太空安全和防御战略。
2007 年中国反卫星导弹试验清楚地提醒人们太空行动的脆弱性以及太空军事化的潜在后果。它引发了关于太空治理、减少碎片以及太空活动合作和透明度必要性的重新讨论。辩论引用了有关太空可持续性和安全的事件,强调所有航天国家都必须采取负责任的行为。
2017 年,一个名为 DarkSide 的黑客组织攻击了 Inmarsat 卫星星座。黑客入侵了该星座的地面系统,导致服务中断数小时 [ 12 ]。
攻击始于 2017 年 2 月 24 日,当时黑客入侵了 Inmarsat 的地面系统。一旦获得访问权限,他们就会禁用控制该卫星群的系统。这种修改导致卫星进入安全模式,从而阻止它们与地面通信。
此次攻击导致服务中断数小时,影响了 Inmarsat 卫星通信服务的用户。该公司很快恢复了服务,但此次事件凸显了卫星星座易受网络攻击的弱点。
虽然尚未确定,但 DarkSide 黑客的幕后黑手很可能是俄罗斯。黑客要求 Inmarsat 支付赎金。Inmarsat 拒绝支付赎金,黑客最终放弃了。
2017 年 Inmarsat 遭受攻击是卫星网络安全史上的重大事件。它表明,即使是最安全的卫星星座也容易受到攻击。这次攻击还凸显了卫星运营商提高地面系统安全性的必要性。
此次攻击发生后,Inmarsat 加强了地面系统的安全性。该公司还与其他卫星运营商分享了有关安全威胁的信息。这些措施有助于提高卫星星座抵御网络攻击的抵御能力。
然而,卫星遭受网络攻击的威胁仍然十分严重。随着卫星对我们关键基础设施的重要性日益提高,它们将成为黑客更有吸引力的目标。卫星运营商必须继续采取措施提高其系统的安全性。
黑客卫星
DEFCON Hack-A-Sat 2020 是在美国内华达州拉斯维加斯举行的 DEFCON 黑客大会上举办的一项网络安全活动。国防数字服务局 (DDS) 和美国空军 (USAF) 组织了此次活动 [ 11 ]。
此次活动旨在让黑客们测试他们在真实卫星上的技能。活动中使用的卫星是一颗名为 Moonlighter 的立方体卫星。Moonlighter 由 DDS 和美国空军设计和制造。
参赛队伍必须在 32 场夺旗练习中得分,才能获得参赛资格。这些练习考验了参赛队伍对轨道力学、星体跟踪、飞行软件导航以及通过信息总线入侵卫星应用程序等方面的知识和毅力。
资格赛前八名的队伍进入决赛。决赛是一场现场比赛,参赛队伍必须入侵 Moonlighter。获得卫星控制权最多的队伍获胜。
获胜团队是 PolandInto Space。该团队成功控制 Moonlighter 并改变其轨道。他们还成功关闭了部分系统。
DEFCON Hack-A-Sat 2020 活动取得了成功。它表明黑客有能力入侵现实世界的卫星。该活动还强调了提高卫星系统安全性的必要性。
以下是此次活动的一些要点:
• 黑客有能力入侵现实世界的卫星。
• 卫星系统的安全性需要提高。
• DEFCON Hack-A-Sat 活动是提高卫星安全性的宝贵工具。
DEFCON Hack-A-Sat 活动是提高卫星系统安全性的重要一步。通过让黑客测试他们在真实卫星上的技能,该活动有助于识别和修复安全漏洞。CTF 活动有助于保护卫星免遭黑客攻击和恶意使用。
美国空军研究实验室 (AFRL) 和太空安全挑战赛 (SSC) 于 2023 年 8 月 11 日至 13 日在内华达州拉斯维加斯举行的 DEFCON 黑客大会上组织了 2023 年 DEFCON Hack-a-Sat 活动[ 14 ]。
此次活动旨在让黑客们测试他们在真实卫星上的技能。活动中使用的卫星是一颗名为 Moonlighter 的立方体卫星。Moonlighter 由 AFRL 和 SSC 设计和建造。
参赛队伍必须在 32 场夺旗练习中得分,才能获得参赛资格。这些练习考验了参赛队伍对轨道力学、星体跟踪、飞行软件导航以及通过信息总线入侵卫星应用程序等方面的知识和毅力。
决赛是一场现场比赛,参赛队伍必须入侵 Moonlighter。获得卫星最大控制权的队伍获胜。
获胜的队伍是 Krautsat。该队成功控制 Moonlighter 并改变其轨道。他们还成功关闭了部分系统。
Krautsat 利用卫星软件中的漏洞控制了 Moonlighter。该漏洞允许 Krautsat 向卫星发送它本不应该发送的命令。发送不当命令允许 Krautsat 改变卫星的轨道并禁用其部分系统。
Krautsat 利用的漏洞是缓冲区溢出漏洞。当程序试图向缓冲区写入比缓冲区可容纳的数据更多的数据时,就会发生缓冲区溢出漏洞 — 缓冲区溢出会导致程序崩溃或执行任意代码。
在 Moonlighter 事件中,漏洞存在于负责接收和处理地面站命令的卫星软件中。该漏洞允许 Krautsat 发送比缓冲区所能容纳的更长的命令。该命令导致软件崩溃,从而使 Krautsat 得以控制卫星。
Krautsat 所利用的漏洞是众所周知的。Moonlighter 的开发人员知道这个漏洞,但未能修复它。这个漏洞提醒我们,即使是最安全的系统也存在漏洞。
适当的软件测试可以防止漏洞。软件测试有助于在部署之前识别和修复漏洞。软件开发人员应该使用标准编码实践来降低漏洞风险。编码实践包括输入验证和边界检查等方法。在发现漏洞后修复漏洞有助于保护系统免受攻击。有几种安全工具可以扫描漏洞并防止网络攻击。扫描有助于保护卫星免遭黑客攻击。上述补救措施都不是新的。它们表明需要一个成熟且管理良好的信息安全程序和一个精通承担其拥有、开发和部署的责任的 IT 部门。
俄罗斯对 Viasat 卫星和基础设施的攻击
2022 年 1 月,就在俄罗斯入侵乌克兰的几周前,一群名为 Sandworm 的俄罗斯黑客对大型卫星通信公司 Viasat 进行了网络攻击。这次攻击导致乌克兰和其他东欧国家数千人的互联网服务中断。
Sandworm 黑客利用 Viasat 卫星调制解调器的漏洞侵入该公司网络。一旦进入网络,他们便可以向调制解调器发送恶意命令,导致调制解调器重新启动并失去与互联网的连接。
此次攻击对乌克兰产生了重大影响。它扰乱了军用和民用用户的通信,使乌克兰政府难以协调应对俄罗斯入侵的措施。此次攻击还波及了其他东欧国家,扰乱了企业和个人的互联网服务。
Sandworm 黑客为俄罗斯政府工作。对 Viasat 的攻击只是网络攻击日益成为战争武器的一个例子。随着我们对技术的依赖性不断增长,网络攻击预计将会增加。
此次袭击的具体细节包括:
• 黑客利用 Viasat 卫星调制解调器中的漏洞,向调制解调器发送恶意命令。
• 恶意命令导致调制解调器重新启动并失去与互联网的连接。
• 此次攻击影响了乌克兰和其他东欧国家的数千名 Viasat 客户。
• 此次袭击扰乱了乌克兰军事和民用用户的通信。
• 此次袭击使得乌克兰政府难以协调对俄罗斯入侵的反应。
• Sandworm 黑客为俄罗斯政府工作。
对 Viasat 的攻击提醒我们网络攻击的威胁越来越大。如前所述,随着我们对技术的依赖性不断增长,网络攻击的可能性也在增加。我们必须意识到风险并保护自己免受网络攻击。
俄罗斯之所以能轻松实施袭击,是因为:
• 缺乏安全更新:Viasat 没有使用最新的安全补丁更新卫星调制解调器。过时的补丁让 Sandworm 黑客得以利用调制解调器中的漏洞可导致访问网络。
• 密码安全性弱:Sandworm 黑客使用弱密码访问了 Viasat 的网络。
• 网络分段不佳:Viasat 的网络分段不够充分,这使得 Sandworm 黑客一旦获得访问权限便可在网络内横向移动。缺乏网络分段使他们更容易中断数千名客户的服务。
• 缺乏可视性:Viasat 对其网络缺乏良好的可视性,这使得其难以检测和应对攻击。缺乏可视性是卫星组织经常遇到的另一个问题。
并非所有政府和商业组织都执行标准控制措施来防范网络攻击。然而,上述原因使得组织难以实施和维护这些控制措施。我们必须记住,网络攻击严重威胁着所有组织,无论其规模或行业如何。通过采取必要措施实施标准安全控制措施,组织有助于保护自己免受这些攻击。
导致 Sandworm 黑客入侵 Viasat 的问题表明组织面临着更广泛的网络安全挑战。下面列出的许多问题是几十年来讨论的标准安全问题。尽管如此,它们再次被列入名单是值得的:
缺乏安全更新
解决:
• 定期补丁管理:实施系统流程,定期更新和修补漏洞。使用自动化补丁管理系统确保及时、一致地应用更新。
• 漏洞评估:定期进行漏洞扫描和弱点评估并确定更新优先级。
• 供应商协作:与调制解调器供应商密切合作,以便及时获得有关漏洞和补丁的通知。
密码安全性弱
解决:
• 强密码策略:强制执行要求使用包含字符、数字和符号混合的复杂密码的策略。
• 多因素身份验证 (MFA):实施 MFA 以增加一层安全性。(“信息安全控制的类型有哪些?”)(“信息安全控制的类型有哪些?”)
• 定期审计和教育:定期进行安全审计并培训员工了解密码安全的重要性。
网络分段不佳
解决:
• 实施网络分段:将网络划分为多个部分,这样某个区域的漏洞就不会影响整个网络。划分网络涉及将关键基础设施与网络的其他部分分开。
• 使用防火墙和入侵检测系统:正确配置的防火墙和 IDS 有助于根据组织先前建立的访问策略监控和控制网络流量。
• 定期审查和更新访问控制:仅授予必要的权限并定期审查这些控制。
缺乏可见性
解决:
• 实施网络监控工具:使用先进的网络监控和威胁检测工具,提供对网络行为的实时洞察。
• 安全信息和事件管理 (SIEM):实施 SIEM 解决方案以集中日志数据收集、规范化和分析,以检测可疑活动。
• 事件响应计划:制定概述程序的强有力的事件响应计划。
跨领域措施
• 网络安全文化:通过定期的培训和意识计划在组织内培育网络安全文化。
• 与安全专家合作:与网络安全专家和公司合作,定期进行审计、评估和模拟,以确保安全措施保持最新和有效。
• 遵守法规和标准:确保所有实践符合相关法规和行业标准。
Viasat 事件表明网络安全的多面性以及采取全面、分层方法的必要性。网络安全不仅仅是技术;网络安全计划需要持续监控、遵守最佳实践、员工教育以及与外部专家合作。组织通过战略性地解决这些问题来增强其对类似网络攻击的抵御能力。
8. 在轨卫星
需要消除冲突的卫星轨道:卫星需要分布在其轨道上以避免碰撞。消除冲突需要不同运营商之间进行具有挑战性的协调。如果攻击者破坏这种协调,可能会导致卫星坠毁、损坏或摧毁。确保卫星不发生碰撞需要实体之间持续的通信、协调和数据共享。保护敏感信息可防止未经授权的访问,从而导致故意冲突、虚假信息或误解。入侵消除冲突系统可能使攻击者能够制造碰撞或其他问题。
卫星星座,车辆以自主机器对机器的方式进行通信:卫星星座变得越来越复杂,汽车可以自主地相互通信。自主通信使它们更容易受到网络攻击,因为攻击者可以控制卫星或星座并破坏其运行。现代星座通常无需人工干预即可进行通信,依靠算法和自动化系统。确保这些通信的完整性至关重要,因为未经授权的访问或恶意代码可能会破坏整个星座。一颗卫星的漏洞可能会传播到整个星座。
组织使用数据中继系统在卫星和地面站之间发送数据。该系统有助于减少延迟,即数据从一个点传输到另一个点所需的时间。然而,数据中继系统也容易受到网络攻击,因为攻击者可能会破坏或阻止数据传输。数据中继系统确保卫星和地面站之间的快速传输。这些系统必须是安全的,以防止数据拦截、更改或拒绝服务攻击。如果中继系统受到攻击,可能会传播虚假信息或破坏重要服务。
卫星互联网服务涉及全球多个接入点:卫星互联网服务正变得越来越流行,覆盖传统地面网络无法覆盖的地区。然而,这些服务也容易受到网络攻击,因为攻击者可能会破坏或阻止互联网访问。卫星为偏远地区提供互联网接入,需要全球多个接入点。接入点的广泛性增加了漏洞的可能性。所有卫星都需要强大的安全性,以防止未经授权的访问、数据盗窃或恶意软件传播。
跨国公司的供应链提供太空产品和服务,涉及各级供应商的国际化:供应太空产品和服务的跨国公司的供应链正日益国际化。国际化使它们更容易受到网络攻击,因为攻击者可能会破坏或渗透供应商的网络并获取敏感信息。卫星的建造和运营通常涉及来自不同国家的供应商和合作伙伴。这种国际合作增加了保护供应链的复杂性——一个环节的薄弱会导致其他环节的妥协。防止未经授权的访问和知识产权盗窃并确保组件的完整性至关重要。
单个卫星和卫星群数量不断增加,提供了越来越多的入口点:目前轨道上有数千颗卫星。额外的入口点为攻击者创造了潜在的入口点。例如,攻击者可以瞄准卫星的地面控制站、机载计算机系统或通信链路。卫星越多,目标就越多,潜在漏洞也就越多。恶意行为者的入口点增多,使网络安全和监控更具挑战性。一颗卫星的漏洞可能会危及整个卫星群。
通过通信路径增强连通性,并在轨道上不断增强卫星之间的连通性:卫星之间的互联性越来越强,卫星与地面系统之间的互联性也越来越强。互联系统使它们更容易受到网络攻击;攻击者可能利用一颗卫星的漏洞访问其他卫星。此外,卫星的自主性越来越强,无需人工干预即可做出决策并采取行动。自主性使防御网络攻击变得更加困难,因为如果出现问题,没有人会干预。卫星通常在高度互联的环境中运行,允许更精简的操作,并在受到攻击时带来风险。互联环境是恶意软件或未经授权的访问在多颗卫星之间传播的途径。
自主通信路径连接数十亿台设备,人类几乎无法干预:卫星越来越多地连接数十亿台设备,例如智能手机、笔记本电脑和汽车,这增加了卫星的攻击面。此外,这些通信路径的自主性使得人类很难在出现问题时进行干预。卫星与地面设备自主通信,极少的人为监督会导致未被发现的入侵和恶意操纵。一旦发生入侵,通信的自动性就会迅速蔓延。
卫星部件的国际供应链,以及相关的来源和生产标准的不确定性:卫星由来自多个供应商的部件组成,这会带来安全风险。例如,攻击者可能会入侵供应商的网络并获取有关卫星设计或制造过程的敏感信息。对手可能会利用这些信息对卫星发起网络攻击。我们使用来自不同全球供应商的零件制造卫星,这导致质量和安全标准存在不确定性。不一致的安全实践会导致漏洞,而零件来源不明会导致受损部件被集成到卫星系统中。
上市速度的迫切需要迫使设计师和制造商忽略或仅仅关注必要的安全控制:由于资金限制,制造商在紧迫的期限内设计卫星,这会导致安全捷径。例如,设计师和制造商可能会选择使用具有已知漏洞的现成组件,或者他们可能不会实施被认为过于耗时或昂贵的安全控制。匆忙发射卫星可能会导致忽视或极少关注安全协议。恶意行为者可能会利用因匆忙上市而产生的安全漏洞。匆忙生产还会增加卫星软件和硬件中的错误和漏洞。
安全成本与制造小型廉价卫星的成本不成比例:小型廉价卫星越来越受欢迎,但它们的安全性往往不如大型昂贵卫星。对于小型廉价卫星来说,安全性并不是首要考虑的问题,它们可能没有资源实施足够的安全控制。随着卫星变得越来越小,越来越便宜,实施强大的安全性可能比生产成本更重要。增加的成本导致在安全方面偷工减料,使这些卫星成为黑客的诱人目标。
公司经常使用加密来保护卫星通信和控制系统。破解加密是可能的,攻击者会在加密系统中插入后门。破解方法和后门会带来安全风险,因为攻击者会利用这些漏洞,获得对卫星系统的访问权限。即使采取了安全措施,加密和控制系统中也可能存在漏洞。恶意行为者可能会利用后门漏洞获得未经授权的访问权限、操纵卫星操作或窃取敏感数据。
“后果”一词是指特定行动或事件的后果或结果。在恶意网络活动的背景下,这些后果是网络攻击、网络间谍活动或其他形式的数字不当行为造成的复杂且往往影响深远的影响。
与卫星相关的这些影响可能体现在以下活动中:
• 空间天气监测质量下降:对监测空间天气的卫星的干扰可能导致预测错误或延迟,从而影响卫星运行、电网和通信系统。
• 操纵卫星环境监测:监测环境状况的卫星数据如果被篡改或损坏,可能导致错误的天气预报并阻碍灾难响应工作。
• 经济中断:太空基础设施对金融、交通和农业等各个商业领域都至关重要。网络攻击可能会破坏这些服务,导致重大经济损失和社会挑战。
• 对太空任务中人类生命的潜在影响:针对载人航天任务的袭击可能会干扰生命支持系统或制导控制,从而危及人类生命。
• 战略性虚假信息宣传活动:更微妙的后果可能涉及虚假信息宣传活动。通过巧妙地改变或歪曲数据,对手可能会制造混乱或不信任,导致政府和组织层面的决策失误。
• 法律和外交影响:针对太空基础设施的网络攻击可能导致复杂的法律和外交争端,因为归因可能具有挑战性,而且有关太空和网络空间的国际法仍在不断发展。
• 增强了遭受进一步攻击的可能性:一次成功的网络攻击可能会暴露其他漏洞,从而引发后续攻击或对相关系统产生连锁反应,可能导致互联网络发生更大范围的故障。
• 对公众的心理影响:对太空基础设施发动袭击所造成的恐惧和不确定性,尤其是如果导致日常生活明显混乱,将对公众产生重大的心理影响,可能导致恐慌或对政府和私营部门保护重要系统的能力失去信心。
• 对太空探索国际合作的潜在威胁:国家之间缺乏信任和猜疑加剧可能会妨碍太空探索和科学研究方面的合作努力,阻碍这些重要领域的进展。
• 金融市场混乱:天气预报、GPS 导航和通信等金融服务都使用太空资产。对这些资产的网络攻击可能会扰乱金融市场并造成经济不稳定。
• 破坏关键基础设施:电网、交通系统和供水系统使用太空资产监控和控制重要基础设施。网络攻击将造成大范围破坏和混乱。
• 经济颠覆:太空资产对于金融、交通运输和农业。破坏这些资产的网络攻击可能会严重影响全球经济。
• 社会动荡:对太空基础设施的大规模网络攻击可能导致大范围的社会动荡。人们将无法相互沟通、出行或获得基本服务,从而导致恐慌、抢劫和暴力事件。
• 环境损害:跟踪气候变化和监测环境需要使用太空资产。破坏这些资产的网络攻击可能会使跟踪和应对生态灾难变得更加困难。
• 生命损失:监测和跟踪飓风、洪水和地震等自然灾害需要使用卫星。对这些资产的网络攻击可能会延迟或阻止对这些灾害的预警,从而导致生命损失。例如,导航卫星被毁会导致飞机坠毁。
• 战争:军队使用卫星和其他太空资产。对这些资产进行网络攻击可能会在冲突中获得战略优势。
• 恐怖主义:太空资产是恐怖分子眼中极具诱惑力的目标。对这些资产进行网络攻击可能会造成大范围破坏和损失,并可能传播恐惧和恐慌。
• 对太空企业保险和投资的影响:感知到的风险增加可能会导致与太空相关的企业的保险费发生变化,甚至影响投资者信心,影响未来太空技术和商业太空活动的增长和创新。
英国皇家国际事务研究所 [ 15 ] 的报告列出了可能产生的后果(第 1-10 条),我们对其进行了扩展:
1.国家安全或国防能力的削弱:
• 军事情报影响:网络攻击破坏卫星侦察,危及情报收集和态势感知。
• 通信中断:军事通信可能变得不可靠或无法操作,从而妨碍危机协调和应对。
• 导航系统漏洞:对 GPS 等导航系统的攻击可能会误导武器,影响精确打击和防御能力。
2. 通信能力、观察能力或导航精度降低:
• 扰乱民事秩序:干扰通讯会破坏从紧急服务到日常手机使用的一切。
• 天气和环境监测的影响:观测能力下降会影响天气预报和环境监测。
• 交通系统混乱:导航精度对于航空、航运和其他交通方式至关重要。网络攻击可能导致混乱和事故。
3. 通讯破坏,包括精确计时系统:
• 金融系统混乱:时机系统在金融交易中至关重要。操纵可能导致欺诈性交易或经济不稳定。
• 能源网脆弱性:精确的时间对于同步能源网至关重要;中断会导致能源短缺或故障。
4. 人为碰撞后拒绝进入轨道:
• 太空垃圾的产生:故意碰撞可能会产生太空垃圾,威胁其他卫星并阻碍未来的太空任务。
• 战略资产损失:恶意行为者使关键卫星无法运行,将影响从气象监测到国防的各个领域。
5. 摧毁太空飞行器或将其扣为人质:
• 昂贵设备的损失:航天器的毁坏或赎回会导致重大的金钱损失。
• 潜在的人质事件:人员生命将受到威胁。
6. 摧毁完整的发射器和有效载荷组件:
• 公共安全风险:如果在发射期间进行发射,碎片可能会造成人员伤亡或地面损坏。
• 投资与研究受挫:有效载荷的毁坏可能会带来科学研究和技术进步的恢复。
7. 卫星传输数据的损坏或删除:
• 数据完整性丢失:这可能影响从天气预报到军事情报的一切,导致错误信息和糟糕的决策。
• 科学研究障碍:数据丢失可能会阻碍正在进行的科学研究,减缓进展。
8. 拦截包括敏感知识产权在内的通信:
• 经济间谍活动:知识产权盗窃为竞争对手或对手带来优势,影响创新和经济增长。
• 国家安全威胁:拦截敏感的政府通信可能会泄露国家机密。
9. 改变通信路线,以便于拦截:
• 促进进一步攻击:将通信重定向至受控渠道可能会导致更广泛的监视或随后的网络攻击。
• 隐私泄露:对个人隐私和企业机密都构成严重威胁。
10. 干扰信号或欺骗数据:
• 错误信息和混淆:干扰和欺骗会产生虚假信息,导致个人、公司或政府采取误导性行动。
• 潜在的灾难性故障:在航空或紧急服务等关键系统中,干扰或欺骗会导致故障,并可能造成生命损失。
9. 总结
在互联互通的世界中,太空基础设施的安全越来越重要。对太空资产的网络攻击会产生深远的影响,从破坏关键服务到造成经济损失。对太空系统未来安全的重视程度不容低估。技术进步是一把双刃剑,既能为太空系统提供新的威胁,又能使其面临新的威胁。在竞争激烈的环境中保护这些重要资产需要合作的国际协议、强大的网络和物理防御、遵守行业标准以及持续的警惕。
对太空系统未来安全的重视程度不容低估。技术进步是一把双刃剑,既能为太空系统提供新的威胁,又能使其面临新的威胁。在竞争环境中保护这些重要资产需要合作的国际协议、强大的网络和物理防御、遵守行业标准和持续警惕。未来的安全措施必须考虑到不断变化的威胁形势,并认识到技术进步的双刃性,以减轻卫星安全风险。合作的国际协议、强大的网络和物理防御措施、行业标准和持续警惕对于保护这些重要资产是必不可少的。
当前商业和政府卫星的网络安全形势是创新、监管和风险管理之间复杂的相互作用。技术和威胁的动态性质要求持续保持警惕、投资和跨部门协作。制定普遍接受的标准、开展国际合作和投资研发进一步加强了卫星生态系统的安全性。当前卫星的网络安全形势涵盖商业和政府部门,揭示了创新、监管和风险管理之间的复杂平衡。技术和威胁的流动性要求持续保持警惕、进行大量投资和跨部门协作以增强安全性。通过制定普遍接受的标准、开展国际合作和投资研发,可以加强卫星生态系统的安全性。
网络攻击对太空基础设施的影响是多方面的,不只是直接的技术破坏,还包括长期的经济、社会、法律和心理影响。现代社会的相互联系加剧了这些风险,强有力的网络安全措施对于减轻这些威胁至关重要。网络攻击对太空基础设施的潜在后果远远超出了直接的技术破坏。它们包括长期的经济、社会、法律和心理影响。现代社会错综复杂的相互联系加剧了这些风险,使得强有力的网络安全措施不可或缺。
针对太空基础设施的网络攻击会产生复杂而深远的影响,几乎渗透到现代生活的方方面面,从国家安全到日常便利。这些系统的互联性加剧了风险,因此,对于依赖太空技术的政府、组织和行业来说,强大的网络安全是当务之急。针对太空基础设施的网络攻击会对当代生活的几乎方方面面产生深远而广泛的影响,从国防到日常便利。太空系统的互联性加剧了风险,因此,对于依赖太空技术的政府、组织和行业来说,强大的网络安全不仅仅是一种选择,而是一项当务之急。
太空安全的未来是一个复杂而具有挑战性的问题。然而,通过采取包括国际合作、强有力的防御措施和持续警惕在内的综合方法,我们可以帮助保护这些重要资产,并确保太空的持续安全使用。
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