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[13963] 2019-04-08_探究卫星有关的安全问题

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2019-04-08_探究卫星有关的安全问题 探 究 卫 星 有 关 的 安 全 问 题 原 创   O p e n A T S   F r e e B u f   2 0 1 9 - 0 4 - 0 8 大 家 好 ， 好 久 不 见 甚 是 想 念 大 家 好 ， 好 久 不 见 甚 是 想 念 ~ 我 卫 星 哥 又 回 来 了 。 我 卫 星 哥 又 回 来 了 。 可 能 大 家 察 觉 到 了 ， 卫 星 技 术 渐 渐 开 始 平 民 化 。 民 营 航 天 可 能 大 家 察 觉 到 了 ， 卫 星 技 术 渐 渐 开 始 平 民 化 。 民 营 航 天 企 业 暂 露 头 角 ， 科 技 企 业 也 排 队 发 射 自 己 的 企 业 暂 露 头 角 ， 科 技 企 业 也 排 队 发 射 自 己 的 “ 小 卫 星 小 卫 星 ” 。 咱 们 暂 且 不 管 那 些 小 卫 星 是 用 来 科 研 还 是 用 。 咱 们 暂 且 不 管 那 些 小 卫 星 是 用 来 科 研 还 是 用 来 来 P R 的 ， 也 算 是 卫 星 技 术 的 普 及 。 那 基 于 卫 星 的 安 全 的 问 题 ， 也 值 得 我 们 去 深 入 探 究 一 下 。 的 ， 也 算 是 卫 星 技 术 的 普 及 。 那 基 于 卫 星 的 安 全 的 问 题 ， 也 值 得 我 们 去 深 入 探 究 一 下 。 前 文 提 要 ： D I Y 天 线 自 动 追 踪 系 统 O p e n A T S O p e n A T S 续 篇 ： 搭 建 自 己 的 卫 星 地 球 站 卫 星 的 控 制 系 统 卫 星 的 控 制 系 统 由 于 卫 星 的 架 构 和 设 计 等 原 因 ， 主 要 采 用 实 时 操 作 系 统 来 提 供 整 个 系 统 的 实 时 性 和 高 可 靠 性 ， 目 前 卫 星 的 控 制 系 统 主 要 分 为 了 以 下 几 种 ： 一 、 大 型 实 时 操 作 系 统 一 、 大 型 实 时 操 作 系 统 此 类 系 统 以 大 型 卫 星 为 主 要 应 用 对 象 ， 由 于 大 型 卫 星 的 传 感 器 、 执 行 机 构 比 较 多 ， 控 制 系 统 复 杂 ， 要 求 对 这 些 数 据 的 处 理 有 着 非 常 高 的 要 求 ， 所 以 此 类 卫 星 多 以 实 时 操 作 系 统 为 主 要 平 台 ， 其 中 以 V x W o r k s 为 代 表 的 商 业 实 时 系 统 ， 应 用 范 围 较 广 泛 。 战 斗 机 、 卫 星 、 火 星 探 测 车 等 都 有 采 用 。 N A S A （ 美 国 太 空 总 署 ） 也 开 源 了 一 款 用 于 他 们 的 火 星 车 的 操 作 系 统 M a r s O S 还 有 机 器 人 操 作 系 统 R O S ， 都 是 基 于 实 时 系 统 的 。 渐 渐 也 出 现 一 些 民 营 科 技 企 业 开 发 的 实 时 系 统 逐 渐 被 重 视 ， 比 如 国 产 开 源 的 翼 辉 （ S y l i x O S ） 大 型 实 时 操 作 系 统 ， 也 被 我 国 某 些 卫 星 所 采 用 。 二 、 私 有 开 发 的 实 时 系 统 二 、 私 有 开 发 的 实 时 系 统 因 为 卫 星 的 特 殊 性 ， 牵 扯 的 技 术 为 国 家 战 略 资 源 ， 不 能 随 意 共 享 ， 导 致 生 态 圈 比 较 封 闭 。 所 以 许 多 卫 星 的 控 制 系 统 和
软 件 多 为 独 自 开 发 ， 一 星 一 系 统 等 特 性 ， 封 闭 性 较 强 。 三 、 基 于 三 、 基 于 L i n u x 的 实 时 操 作 系 统 的 实 时 操 作 系 统 这 类 系 统 主 要 应 用 为 一 些 中 小 卫 星 ， 基 于 L i n u x 而 研 发 的 实 时 操 作 系 统 在 一 些 任 务 处 理 和 线 程 的 调 度 上 ， 甚 至 媲 美 传 统 商 业 的 实 时 操 作 系 统 ， 具 有 整 体 降 低 开 发 成 本 的 优 势 。 四 、 基 于 单 片 机 的 实 时 操 作 系 统 四 、 基 于 单 片 机 的 实 时 操 作 系 统 随 着 单 片 机 一 些 实 时 系 统 的 出 现 比 如 R T O S 还 有 国 产 的 R T - T h r e a d ， 基 于 单 片 机 的 控 制 系 统 渐 渐 从 简 单 的 控 制 朝 着 一 个 实 时 性 的 发 展 ， 任 务 调 度 性 能 越 来 越 好 ， 处 理 一 些 简 单 的 任 务 有 着 非 常 大 的 优 势 。 五 、 无 操 作 系 统 五 、 无 操 作 系 统 纳 米 卫 星 往 往 基 于 无 操 作 系 统 ， 整 个 纳 米 卫 星 仅 仅 包 含 控 制 部 分 ， 而 纳 米 卫 星 的 功 能 单 一 ， 比 如 仅 仅 发 射 信 标 、 信 号 的 中 转 等 简 单 应 用 ， 不 需 要 复 杂 的 操 作 系 统 既 可 以 完 成 工 作 。 而 并 非 控 制 系 统 就 没 有 漏 洞 ， V x W o r k s 就 曾 被 发 现 了 很 多 漏 洞 。 卫 星 的 指 令 信 道 往 往 跟 通 信 信 道 不 在 一 起 ， 这 里 也 有 一 些 针 对 硬 件 和 控 制 系 统 的 攻 击 手 段 : 控 制 信 号 重 放 攻 击 控 制 信 号 重 放 攻 击 由 于 地 面 站 的 天 线 信 号 较 强 ， 在 天 线 周 边 都 可 以 对 天 线 发 出 的 射 频 信 号 进 行 接 收 窃 取 ， 将 其 中 的 控 制 指 令 进 行 重 放 便 造 成 这 种 控 制 信 号 重 放 攻 击 。 大 型 卫 星 在 控 制 系 统 的 设 计 多 采 用 了 指 令 不 可 逆 等 保 障 措 施 ， 也 是 充 分 考 虑 到 此 因 素 ， 而 一 些 中 小 卫 星 没 有 这 类 设 计 ， 会 导 致 攻 击 得 逞 。 硬 件 设 备 漏 洞 硬 件 设 备 漏 洞 当 卫 星 的 控 制 系 统 很 难 入 侵 的 时 候 ， 攻 击 者 将 目 标 瞄 准 了 通 信 系 统 中 的 接 收 硬 件 上 ， 一 些 提 供 服 务 的 硬 件 比 如 调 制 解 调 器 等 ， 存 在 一 些 包 括 弱 口 令 和 系 统 漏 洞 等 ， 导 致 遭 到 入 侵 ， 继 而 对 数 据 也 造 成 了 威 胁 。 由 于 卫 星 系 统 跟 普 通 计 算 机 系 统 的 区 别 ， 所 以 卫 星 的 主 要 安 全 体 现 在 通 信 上 。 卫 星 跟 地 面 的 通 信 方 式 都 采 用 的 是 无 线 电 通 信 ， 现 在 出 现 了 激 光 、 量 子 通 信 等 技 术 ， 本 质 都 是 不 变 的 。 那 么 跟 卫 星 通 信 有 关 的 安 全 存 在 哪 些 方 面 呢 ？
针 对 卫 星 通 信 的 常 见 攻 击 针 对 卫 星 通 信 的 常 见 攻 击 卫 星 通 信 受 到 的 常 见 攻 击 一 般 分 为 两 类 ： 一 类 为 被 动 攻 击 ， 一 类 为 主 动 攻 击 。 1 .   被 动 攻 击 被 动 攻 击 其 中 最 明 显 的 为 信 息 窃 听 。 卫 星 的 主 要 优 势 就 是 利 用 其 位 置 ， 可 以 将 通 信 范 围 覆 盖 得 更 广 ， 达 到 陆 地 上 无 法 达 到 的 覆 盖 范 围 。 正 因 如 此 ， 卫 星 通 信 的 方 式 多 为 大 范 围 广 播 式 ， 在 覆 盖 的 范 围 内 对 数 据 进 行 广 播 式 下 发 ， 导 致 在 范 围 内 的 任 何 人 都 可 以 对 信 号 进 行 窃 听 ， 盗 取 有 用 的 信 息 。 而 较 早 的 一 些 商 业 卫 星 ， 甚 至 为 了 降 低 整 个 系 统 的 复 杂 性 ， 没 有 采 用 加 密 技 术 ， 结 果 会 导 致 数 据 泄 露 。 而 使 用 卫 星 通 信 的 单 位 或 者 个 人 都 是 一 些 相 对 重 要 的 客 户 ， 因 此 带 来 的 损 失 不 言 而 喻 。 很 多 人 对 卫 星 通 信 不 加 密 感 觉 不 可 思 议 ， 感 觉 卫 星 这 种 高 级 的 通 信 系 统 应 该 很 重 要 ， 加 密 通 信 是 必 不 可 少 的 。 其 实 不 然 ， 加 密 带 来 的 问 题 有 加 大 系 统 的 复 杂 程 度 、 研 发 和 投 入 成 本 、 资 源 的 消 耗 等 问 题 。 由 于 卫 星 通 信 设 备 较 贵 ， 包 括 接 收 线 路 中 的 下 变 频 器 、 调 制 解 调 器 、 解 码 和 软 件 服 务 器 ， 上 行 设 备 中 的 上 变 频 器 + 功 放 ， 还 有 天 线 等 ， 都 是 非 常 昂 贵 的 设 备 。 而 较 早 很 少 有 一 些 人 有 能 力 接 收 并 解 码 卫 星 数 据 ， 但 随 着 科 技 的 进 步 ， 一 些 新 的 技 术 比 如 S D R 软 件 无 线 电 技 术 ， 将 此 类 接 收 成 本 降 低 了 很 多 。 继 而 对 目 前 正 在 服 役 中 的 那 些 未 加 密 的 卫 星 数 据 造 成 了 威 胁 ， 而 被 动 攻 击 更 是 无 法 通 过 技 术 手 段 来 检 测 攻 击 位 置 。 2 .   主 动 攻 击 主 动 攻 击 此 类 攻 击 基 于 被 动 攻 击 的 基 础 上 ， 将 攻 击 变 得 更 加 的 高 级 ， 也 导 致 损 失 更 加 严 重 。 主 动 攻 击 一 般 分 为 了 以 下 几 种 ： 拒 绝 服 务 攻 击 （ 拒 绝 服 务 攻 击 （ D D O S ） ） 针 对 卫 星 的 攻 击 也 同 样 存 在 跟 网 络 攻 击 相 同 的 攻 击 方 式 ： D D O S 。 由 攻 击 者 发 送 合 法 的 虚 假 请 求 ， 导 致 卫 星 无 法 对 合 法 用 户 提 供 有 效 的 服 务 。 种 攻 击 方 式 也 是 很 难 防 御 的 ， 因 为 卫 星 的 通 信 链 路 的 多 样 化 ， 比 如 客 户 端 的 不 稳 定 性 和 链 路 的 多 样 性 ， 导 致 卫 星 很 难 针 对 此 类 攻 击 提 供 比 较 好 的 防 御 。 每 个 用 户 的 客 户 端 都 是 一 个 接 收 系 统 和 发 射 系 统 ， 而 使 用 者 缺 乏 专 业 的 知 识 ， 在 出 现 问 题 时 无 法 得 到 有 效 的 处 理 ， 会 导 致 连 接 的 不 稳 定 性 ， 产 生 大 量 的 连 接 请 求 。 还 有 卫 星 链
路 因 为 天 气 比 如 降 雨 产 生 的 雨 衰 等 ， 接 入 请 求 会 变 得 大 量 增 加 ， 而 卫 星 不 能 盲 目 对 这 些 请 求 进 行 防 御 ， 所 以 系 统 设 计 不 会 像 网 络 防 火 墙 一 样 很 好 地 防 御 这 些 请 求 ， 卫 星 无 法 分 辨 出 这 些 请 求 是 来 自 合 法 的 用 户 还 是 恶 意 攻 击 者 。 信 号 干 扰 攻 击 信 号 干 扰 攻 击 这 种 攻 击 方 式 是 最 普 通 但 是 最 有 效 的 ， 也 是 在 战 争 中 经 常 采 用 的 攻 击 方 式 。 由 于 无 线 通 信 都 可 能 会 面 临 这 种 攻 击 ， 卫 星 也 一 样 逃 不 掉 。 干 扰 又 分 为 阻 塞 干 扰 和 噪 声 干 扰 等 。 强 大 的 干 扰 信 号 会 导 致 卫 星 无 法 正 常 接 收 分 辨 出 来 自 客 户 的 信 号 ， 无 法 提 供 服 务 。 而 检 测 此 类 攻 击 源 的 位 置 ， 只 能 对 卫 星 的 信 号 场 强 等 信 息 粗 略 计 算 出 地 面 干 扰 源 位 置 ， 再 跟 有 关 部 门 合 作 一 起 寻 找 干 扰 源 。 某 些 通 信 卫 星 天 线 有 点 波 束 和 线 波 束 的 技 术 ， 可 以 避 免 此 类 攻 击 手 段 ， 并 粗 略 定 位 干 扰 源 ， 但 卫 星 内 部 射 频 链 路 设 计 和 天 线 设 计 复 杂 ， 仅 适 用 于 大 型 通 信 卫 星 。 宽 带 资 源 窃 取 攻 击 宽 带 资 源 窃 取 攻 击 卫 星 上 最 宝 贵 的 就 是 频 率 资 源 ， 这 些 宝 贵 的 频 率 资 源 提 供 最 大 的 有 效 带 宽 。 早 些 时 候 ， 卫 星 的 转 发 器 主 要 工 作 形 式 为 接 收 一 方 的 信 号 ， 经 过 星 上 处 理 与 交 换 后 ， 再 根 据 信 号 的 信 息 转 发 给 另 一 方 。 而 卫 星 的 一 些 限 制 因 素 ， 比 如 整 体 卫 星 平 台 供 电 功 率 有 限 ， 星 载 计 算 机 处 理 能 力 的 限 制 ， 导 致 此 系 统 渐 渐 被 一 些 弯 管 透 明 转 发 器 所 代 替 。 因 为 卫 星 发 射 到 天 空 ， 中 我 们 无 法 对 其 进 行 后 期 的 升 级 和 维 护 ， 多 年 后 卫 星 都 会 面 临 硬 件 处 理 能 力 无 法 满 足 日 益 增 长 的 信 息 量 ， 导 致 现 在 的 通 信 卫 星 渐 渐 朝 着 “ 星 上 转 发 ， 星 下 处 理 ” 方 向 发 展 。 这 样 可 以 很 好 的 避 免 这 个 问 题 ， 在 日 后 的 硬 件 升 级 中 ， 对 地 面 站 的 硬 件 升 级 即 可 ， 而 卫 星 的 工 作 仅 仅 是 有 效 地 利 用 频 率 资 源 提 供 最 大 的 通 信 带 宽 。 然 而 给 我 们 带 来 好 处 的 同 时 ， 也 会 导 致 一 些 弱 点 地 出 现 。 那 就 是 卫 星 宽 带 资 源 的 窃 取 。 由 于 卫 星 不 对 信 号 进 行 更 深 入 的 解 包 工 作 ， 无 法 确 定 接 收 的 信 号 和 数 据 是 否 是 合 法 用 户 的 数 据 ， 当 攻 击 者 发 送 自 己 的 非 法 信 号 后 ， 卫 星 依 然 会 对 信 号 进 行 转 发 工 作 ， 进 行 上 变 频 或 者 下 变 频 后 ， 以 大 功 率 转 发 给 地 面 站 ， 而 此 时 如 果 攻 击 者 再 自 己 搭 建 接 收 系 统 进 行 数 据 解 调 和 解 码 后 ， 提 取 有 用 的 数 据 借 助 卫 星 私 自 通 信 ， 就 形 成 了 完 整 的 窃 取 卫 星 资 源 攻 击 。 有 心 机 的 攻 击 者 甚 至 会 使 用 自 己 的 加 密 算 法 对 通 信 数 据 进 行 有 效 加 密 ， 此 类 攻 击 也 是 很 难 防 御 。 信 息 伪 造 攻 击 信 息 伪 造 攻 击 此 类 攻 击 也 是 基 于 被 动 窃 听 的 基 础 上 。 用 户 的 数 据 遭 到 非 法 窃 取 后 ， 攻 击 者 对 数 据 进 行 伪 造 ， 返 回 给 上 行 链 路 中 ， 地 面 站 无 法 分 辨 数 据 是 否 来 自 合 法 用 户 ， 导 致 了 合 法 用 户 的 数 据 被 纂 改 ， 整 个 通 信 数 据 的 错 误 。 密 钥 破 解 攻 击 密 钥 破 解 攻 击 此 类 攻 击 在 普 通 的 攻 击 者 中 不 多 见 ， 需 要 对 攻 击 者 的 计 算 机 水 平 有 着 非 常 高 的 要 求 ， 多 见 于 国 家 与 国 家 之 间 的 空 间 信 息 化 战 争 中 。 迫 于 某 些 卫 星 的 重 要 性 ， 这 类 攻 击 是 获 取 一 些 珍 贵 信 息 的 重 要 途 径 ， 战 略 通 信 往 往 决 定 着 战 争 的 走 向 ， 所 以 目 前 各 个 国 家 都 相 继 发 展 相 关 的 空 间 战 略 机 构 ， 来 实 施 此 类 攻 击 。
上 面 是 针 对 卫 星 产 生 的 一 些 常 用 攻 击 手 段 ， 而 对 某 些 攻 击 手 段 ， 能 采 取 的 防 御 方 法 有 限 ， 无 法 采 取 非 常 有 效 的 措 施 ， 需 要 求 助 地 面 的 无 线 监 管 部 门 帮 助 定 位 攻 击 者 。 随 着 科 技 的 进 步 ， 这 些 攻 击 手 段 会 渐 渐 出 现 在 更 多 的 卫 星 通 信 系 统 中 。 因 为 卫 星 的 特 殊 性 ， 发 射 到 天 上 后 无 法 对 其 进 行 维 护 和 改 造 ， 应 尽 量 朝 着 软 件 定 义 卫 星 的 方 向 发 展 ， 这 样 对 日 后 出 现 的 一 些 协 议 漏 洞 能 得 到 有 效 的 修 补 和 控 制 。 而 卫 星 服 务 商 应 从 根 本 上 应 做 好 卫 星 通 信 的 信 道 加 密 ， 用 户 鉴 权 等 基 本 工 作 ， 保 障 用 户 通 信 数 据 的 保 密 性 和 完 整 性 。 * 本 文 作 者 ： 本 文 作 者 ： O p e n A T S ， 属 于 ， 属 于 F r e e B u f 原 创 奖 励 计 划 ， 未 经 许 可 禁 止 转 载 原 创 奖 励 计 划 ， 未 经 许 可 禁 止 转 载 推 荐 阅 读 推 荐 阅 读
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