吳 巍

(通信網(wǎng)信息傳輸與分發(fā)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊 050081)

0 引言

2009年5月29日，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬發(fā)表了題為“保護(hù)美國(guó)賽博(Cyber)基礎(chǔ)設(shè)施”的講話;同日下午，白宮公布了《賽博空間(Cyberspace)政策評(píng)估:確?？尚藕途哂谢謴?fù)能力的信息與通信基礎(chǔ)設(shè)施》［1］;6月23日，美國(guó)防部長(zhǎng)蓋茨簽署命令，成立賽博空間司令部，負(fù)責(zé)美軍在賽博空間的軍事行動(dòng)。其后美國(guó)空軍、陸軍、海軍及海軍陸戰(zhàn)隊(duì)均推出了一系列相關(guān)措施，這標(biāo)志著美國(guó)正憑助其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，謀求并確保賽博空間的主宰地位。2011年5月16日，白宮、國(guó)務(wù)院、司法部、商務(wù)部、國(guó)土安全局和國(guó)防部這6個(gè)重要部門在白宮一同宣布了《賽博空間國(guó)際策略》［2］(International Strategy for Cyberspace)。全文共25頁(yè)，跨越18個(gè)聯(lián)邦政府部門，說明美國(guó)將來在外交、軍事和執(zhí)法等方面都將與賽博空間有關(guān)?？偨y(tǒng)奧巴馬在其前言中指出，這是美國(guó)第1次針對(duì)賽博空間制定的全盤計(jì)劃。

1 賽博空間的概念與內(nèi)涵

賽博空間是哲學(xué)和信息領(lǐng)域中的一個(gè)抽象概念，該詞是控制論(cybernetics)和空間(space)2個(gè)詞的組合，其概念最早由加拿大科學(xué)幻想小說家吉布森于1984年在一本科幻小說中首先提出，本意是一種能夠與人的神經(jīng)系統(tǒng)相連接的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)所產(chǎn)生的虛擬空間。20多年來，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展，賽博空間已逐漸變成現(xiàn)實(shí)，并已成為了基于計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)和電磁空間而生成的一個(gè)與物質(zhì)世界并行的“新世界”。

1.1 賽博空間的定義

就世界范圍來看，目前對(duì)賽博空間的認(rèn)識(shí)還在發(fā)展之中，隨著研究的不斷深入，其內(nèi)涵還在不斷地拓展。下面介紹2個(gè)比較典型的定義。

①賽博空間是一個(gè)相關(guān)聯(lián)的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，包括Internet、電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)中的嵌入式處理器和控制器。——《美國(guó)總統(tǒng)第54號(hào)令/國(guó)家安全23號(hào)令》;

②賽博空間是一個(gè)利用電子系統(tǒng)與電磁頻譜通過網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)與相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行存儲(chǔ)、修改與交換數(shù)據(jù)信息的域?！睹绹?guó)防部軍事相關(guān)術(shù)語(yǔ)詞典 2009 修訂版》［3］。

由此可見，賽博空間是一個(gè)類似于陸、海、空、天的真實(shí)存在的客觀領(lǐng)域，該領(lǐng)域以使用電磁能量的電子設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)化軟硬件系統(tǒng)為物理載體，以信息和對(duì)信息的控制力為主要內(nèi)容，通過對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、修改和交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理系統(tǒng)的操控。

1.2 賽博空間的基本特征

賽博空間是與陸?？仗觳⑿械牡谖寰S作戰(zhàn)域，在時(shí)、空域上與海、陸、空、天等領(lǐng)域重疊，具有以下特征:①無界性:網(wǎng)絡(luò)與電磁空間的規(guī)?？梢詿o限大、范圍廣;② 高速性:信息以光速傳播;③ 關(guān)聯(lián)性:虛擬空間與現(xiàn)實(shí)世界的相互關(guān)聯(lián)性;④開放性:電磁與網(wǎng)絡(luò)空間的開放性。

賽博空間本質(zhì)上是一個(gè)“控制域”，正如人的神經(jīng)系統(tǒng)控制人的行為一樣，各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的實(shí)體系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，也是由賽博空間實(shí)施的“控制行為”來操縱的。世界萬物都是相互聯(lián)系的，而賽博空間是這種聯(lián)系的紐帶，通過對(duì)某一環(huán)節(jié)賽博空間的破壞，將有可能使整個(gè)領(lǐng)域或其他領(lǐng)域陷入癱瘓。正是由于這樣的特點(diǎn)，使得未來戰(zhàn)爭(zhēng)的形態(tài)可能會(huì)發(fā)生變化，“非接觸作戰(zhàn)”、“軟殺傷”等作戰(zhàn)概念將得到進(jìn)一步的發(fā)展。

2 賽博空間國(guó)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀

美國(guó)賽博空間司令部的成立引起了世界各軍事強(qiáng)國(guó)的積極反響，英、法、俄、以、印、日、韓等都高調(diào)做出回應(yīng)，有的建立相關(guān)機(jī)構(gòu)，有的將賽博空間作為重點(diǎn)發(fā)展方向。但不論是在作戰(zhàn)理論研究還是在技術(shù)發(fā)展方面，美軍都處于世界的引領(lǐng)和主導(dǎo)地位，該文重點(diǎn)分析美國(guó)的相關(guān)情況。

2.1 不斷調(diào)整賽博空間發(fā)展戰(zhàn)略與作戰(zhàn)思想

美國(guó)防部副部長(zhǎng)威廉·林恩在RSA2011大會(huì)上發(fā)表了關(guān)于網(wǎng)絡(luò)電磁空間(Cyber Space)安全戰(zhàn)略Cyber 3.0的演講。自從賽博空間及相關(guān)作戰(zhàn)概念提出以來，美軍根據(jù)不同時(shí)期國(guó)家戰(zhàn)略安全的需要，不斷調(diào)整并逐步完善保護(hù)賽博空間安全和獲取賽博空間優(yōu)勢(shì)的發(fā)展戰(zhàn)略。目前，美國(guó)在謀求賽博空間優(yōu)勢(shì)上著力強(qiáng)調(diào)發(fā)展“先發(fā)制人”的進(jìn)攻性能力，完成了從“賽博空間作戰(zhàn)以防御為重點(diǎn)”到“賽博空間作戰(zhàn)攻防兼?zhèn)洹痹俚焦?shì)作戰(zhàn)的戰(zhàn)略思想大轉(zhuǎn)變。

2.2 快速發(fā)展賽博空間作戰(zhàn)力量

美國(guó)是建立賽博空間作戰(zhàn)力量最早的國(guó)家。經(jīng)過了十幾年的發(fā)展，美各軍種都成立了賽博空間司令部和相關(guān)的賽博戰(zhàn)部隊(duì)，雖然在力量構(gòu)成上不盡相同，但基本思路是一致的，都是將分布在不同部門的情報(bào)、信息作戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、電子戰(zhàn)和空間戰(zhàn)等力量進(jìn)行整合，以形成整體賽博空間作戰(zhàn)能力。例如:美海軍賽博空間作戰(zhàn)力量主要由5個(gè)核心能力領(lǐng)域綜合組成:電子作戰(zhàn)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)、心理戰(zhàn)、軍事欺詐和作戰(zhàn)安全等。隨著2010年11月美賽博空間司令部的全功能運(yùn)行，標(biāo)志著美軍賽博空間作戰(zhàn)力量的建設(shè)和發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。

2.3 進(jìn)行多次演練探索取得賽博空間優(yōu)勢(shì)的手段

美軍從2001年至2010年共舉行過6次施里弗(Schriever)演習(xí)［4］，每2年舉辦一次，主要目的是探查在太空與賽博空間中的關(guān)鍵問題，研究美軍對(duì)太空系統(tǒng)和賽博空間能力的緊急需求，探討未來保護(hù)太空與賽博空間領(lǐng)域的具體手段。

美國(guó)于2006年、2008年和2010年共舉行了3次名為“賽博風(fēng)暴(Cyber Storm)［5］”的演習(xí)，旨在全面檢驗(yàn)美國(guó)政府各機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)賽博空間攻擊的緊急反應(yīng)和復(fù)原能力。

美軍于2010年10月15日舉行了首次獨(dú)立聚焦賽博空間的演習(xí):“賽博閃電演習(xí)(Cyber Lightning Exercise)［6］”，目的是測(cè)試美空軍第460太空聯(lián)隊(duì)在競(jìng)爭(zhēng)性賽博環(huán)境中的運(yùn)行能力。

2011年12月，歐盟與美國(guó)為了測(cè)試網(wǎng)絡(luò)電磁空間攻擊等網(wǎng)絡(luò)電磁空間事件應(yīng)急響應(yīng)能力，進(jìn)行了首次聯(lián)合的稱之為“2011網(wǎng)絡(luò)電磁空間大西洋”演習(xí)，此次演習(xí)為大西洋兩岸的專家提供了有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。

2.4 積極研究與探索賽博空間攻防技術(shù)

(1)大力發(fā)展賽博空間感知技術(shù)

賽博空間感知技術(shù)解決賽博空間中的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)、攻擊預(yù)警、攻擊源跟蹤定位等問題，旨在從整體上全面獲得賽博空間態(tài)勢(shì)。

(2)全力推進(jìn)能對(duì)電磁頻譜、通信網(wǎng)絡(luò)和信息化武器系統(tǒng)等進(jìn)行多層攻擊的技術(shù)

美軍在賽博空間攻擊技術(shù)研究上強(qiáng)調(diào)提升其綜合實(shí)施電頻譜控制、網(wǎng)絡(luò)攻擊、信息欺騙以及對(duì)信息基礎(chǔ)設(shè)施的多層次攻擊作戰(zhàn)能力。

(3)積極研究賽博空間主動(dòng)防御和縱深防御技術(shù)

美軍十分重視賽博空間主動(dòng)防御和縱深防御技術(shù)的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)虛擬化和重構(gòu)技術(shù)不僅可以通過迅速改變賽博空間作戰(zhàn)環(huán)境，提升賽博空間承受攻擊的彈性，而且還能大大抑制攻擊速度，發(fā)現(xiàn)攻擊痕跡，實(shí)現(xiàn)對(duì)攻擊源的快速追蹤。

(4)尋求新型射頻通信技術(shù)確保通信安全

美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)正在尋求開發(fā)不受敵方探測(cè)、截獲或利用影響的射頻通信技術(shù)。DARPA2011年7月發(fā)布了關(guān)于“利用計(jì)算優(yōu)勢(shì)對(duì)抗監(jiān)視系統(tǒng)”(CLASS)項(xiàng)目的公告，旨在保障軍事地-地、地-空和空-空射頻通信系統(tǒng)的安全。

(5)重視試驗(yàn)評(píng)估環(huán)境建設(shè)與效果評(píng)估技術(shù)研究

美軍重視建設(shè)貼近實(shí)戰(zhàn)環(huán)境的試驗(yàn)評(píng)估環(huán)境，強(qiáng)調(diào)研究基于真實(shí)環(huán)境、真實(shí)目標(biāo)的評(píng)估驗(yàn)證技術(shù)。2008年，美國(guó)會(huì)批準(zhǔn)投巨額資金建設(shè)國(guó)家賽博靶場(chǎng)(NRC)，目標(biāo)是搭建一個(gè)高質(zhì)量的測(cè)量、評(píng)估、檢驗(yàn)平臺(tái)與環(huán)境。

2.5 研發(fā)實(shí)戰(zhàn)的賽博武器增強(qiáng)賽博空間攻擊能力

從上個(gè)世紀(jì)90年代起，美國(guó)的多個(gè)軍事和防務(wù)企業(yè)就開始了賽博武器(Cyberweapon)的研發(fā)工作，目前已經(jīng)擁有的賽博武器分為2類。其中的第1類以偵察或影響敵方計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或通信網(wǎng)絡(luò)為主要作戰(zhàn)目標(biāo)，其作戰(zhàn)樣式為病毒植入、拒絕服務(wù)、信息篡改、網(wǎng)絡(luò)嗅探、惡意代碼以及邏輯炸彈等;另一類以影響或破壞敵方物理基礎(chǔ)設(shè)施為主要作戰(zhàn)目的，包括高能微波武器、瞬變電磁裝置、嗜食集成電路芯片的微生物以及破壞電路的微米/納米機(jī)器人等。

3 通信網(wǎng)絡(luò)安全問題的考慮

由賽博空間的定義可知，通信網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)成賽博空間的重要組成部分，其自身的安全與否將直接關(guān)系到整個(gè)賽博空間的安全。美軍在進(jìn)行賽博空間安全防御上，就是通過提升其賽博空間(包括其中的通信網(wǎng)絡(luò))承受攻擊的健壯性，使得在遭到入侵和攻擊時(shí)，仍能保證作戰(zhàn)任務(wù)的完成。因此，可以說通信網(wǎng)絡(luò)的安全是賽博空間安全的重要基礎(chǔ)。

3.1 通信網(wǎng)絡(luò)安全問題的由來

通信網(wǎng)絡(luò)安全問題是在對(duì)抗條件下敵方利用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制的缺陷、對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或工程應(yīng)用的潛在問題進(jìn)行攻擊，使通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)工作反常。網(wǎng)絡(luò)安全問題與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)機(jī)理、實(shí)現(xiàn)技術(shù)和工程應(yīng)用方式密切相關(guān)。

(1)技術(shù)機(jī)理類通信網(wǎng)絡(luò)安全問題

通信網(wǎng)絡(luò)按照其復(fù)用技術(shù)和尋址技術(shù)機(jī)理來進(jìn)行分類［1］，可以分為4種網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，如表1所示。

表1 通信網(wǎng)絡(luò)分類

不同的通信網(wǎng)絡(luò)形態(tài)/技術(shù)機(jī)理，應(yīng)用不同的實(shí)現(xiàn)技術(shù)(實(shí)現(xiàn)成本也會(huì)不同)，因此會(huì)產(chǎn)生不同的通信網(wǎng)絡(luò)安全問題?？偟膩碚f，采用有連接尋址、用戶面與控制面分離等技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)安全性比較高。

(2)實(shí)現(xiàn)技術(shù)類通信網(wǎng)絡(luò)安全問題

通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也會(huì)帶來安全問題，例如通信頻段與天線形式(定向/全向)的選擇、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理功能設(shè)置以及用戶接入控制等。通過周密的工程設(shè)計(jì)可以避免很多網(wǎng)絡(luò)安全問題。

(3)工程應(yīng)用類通信網(wǎng)絡(luò)安全問題

此類問題是指對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用方式不同所造成的安全問題。例如，無線通信網(wǎng)具有開放性，在對(duì)抗環(huán)境下其安全性較差，要根據(jù)其特點(diǎn)加強(qiáng)控制與管理。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)安全的內(nèi)涵

通信網(wǎng)絡(luò)安全的內(nèi)涵包括通信網(wǎng)絡(luò)的可用性、保密性、完整性和可控性，另外，考慮到通信網(wǎng)絡(luò)的特殊性，其最低安全保障也是通信網(wǎng)絡(luò)安全的一個(gè)因素。

通信網(wǎng)絡(luò)可用性:即通信網(wǎng)絡(luò)可被授權(quán)實(shí)體訪問并按照需求使用的特性;

通信網(wǎng)絡(luò)保密性:即通信網(wǎng)絡(luò)中的信息不會(huì)被泄露給非授權(quán)用戶和實(shí)體的特性;

通信網(wǎng)絡(luò)完整性:即通信網(wǎng)絡(luò)中的信息未經(jīng)授權(quán)不能進(jìn)行修改的特性;

通信網(wǎng)絡(luò)可控性:即通信網(wǎng)絡(luò)的所有者擁有對(duì)網(wǎng)絡(luò)裝備及信息傳送的控制能力;

通信網(wǎng)絡(luò)最低安全保障:即通信網(wǎng)絡(luò)在受到打擊大規(guī)模損毀時(shí)，能夠提供最基本通信要求的能力。

3.3 通信網(wǎng)絡(luò)的安全模型

通信網(wǎng)絡(luò)完成信息傳送與服務(wù)功能，由信息傳送、傳送控制、網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)控制等功能單元組成，為了保障通信網(wǎng)的安全，在每一個(gè)層面上，都應(yīng)具有防護(hù)、檢測(cè)和快速響應(yīng)的安全(PDR)服務(wù)模塊，提供一系列安全服務(wù)與措施，如圖1所示。

圖1 通信網(wǎng)絡(luò)的安全模型

3.4 通信網(wǎng)絡(luò)的安全服務(wù)

目前明確的通信網(wǎng)安全服務(wù)共有8類，它們是通信網(wǎng)身份(標(biāo)識(shí))管理、訪問控制、信息加密、信息完整性保護(hù)、用戶行為檢測(cè)與抗抵賴、資源可用性管理、安全審計(jì)與管理以及攻擊檢測(cè)與容災(zāi)恢復(fù)等，這些安全服務(wù)是分布于通信網(wǎng)絡(luò)的不同層面的，提供著保障通信網(wǎng)絡(luò)安全的能力。

信息傳送功能涉及通信網(wǎng)的物理層和鏈路層，其主要的安全服務(wù)類型包括身份(標(biāo)識(shí))管理、訪問控制、信息加密、信息完整性保護(hù)、資源可用性管理、攻擊檢測(cè)與容災(zāi)恢復(fù)服務(wù)等。

傳送控制功能通過信令完成信息傳送的控制，其安全服務(wù)類型包括身份(標(biāo)識(shí))管理、訪問控制、用戶行為檢測(cè)與抗抵賴、資源可用性管理、安全審計(jì)與管理、攻擊檢測(cè)與容災(zāi)恢復(fù)服務(wù)等。

網(wǎng)絡(luò)管理功能完成通信網(wǎng)的管理與控制，其安全服務(wù)的類型包括訪問控制、用戶行為檢測(cè)與抗抵賴、資源可用性管理、安全審計(jì)與管理、攻擊檢測(cè)與容災(zāi)恢復(fù)等服務(wù)等。

服務(wù)控制功能涉及服務(wù)的控制與應(yīng)用支持，其安全服務(wù)類型包括身份(標(biāo)識(shí))管理、訪問控制、信息加密、信息完整性保護(hù)、資源可用性管理、安全審計(jì)與管理、攻擊檢測(cè)與容災(zāi)恢復(fù)等。

4 通信網(wǎng)絡(luò)安全的主要關(guān)鍵技術(shù)

4.1 信息傳送安全技術(shù)

通信網(wǎng)信息的傳輸安全應(yīng)考慮有線和無線傳輸信道的物理層與鏈路層保護(hù)。除了必須采取的信息加密技術(shù)之外，還應(yīng)當(dāng)研究傳輸信號(hào)的抗截獲、抗偵察技術(shù)以及傳輸線路的(偵聽、非法接入等)攻擊檢測(cè)與防護(hù)等技術(shù)。

4.2 信息交換安全技術(shù)

通信網(wǎng)安全信息交換技術(shù)用于對(duì)信息安全可靠的尋址、選路與交換提供保護(hù)，主要涉及對(duì)等信令實(shí)體的身份認(rèn)證、路由表訪問控制、地址欺騙防護(hù)以及信令協(xié)議攻擊防護(hù)等技術(shù)。在安全信息交換技術(shù)方面，采用自主的通信協(xié)議(包括:呼叫處理、信令處理和路由協(xié)議等)非常重要，這將對(duì)實(shí)現(xiàn)可信與安全的信息交換提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.3 網(wǎng)絡(luò)管理安全技術(shù)

通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)管信息的傳送使用的是通信網(wǎng)中的專用線路，管理對(duì)象是通信網(wǎng)絡(luò)的各類網(wǎng)元設(shè)備。通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理安全技術(shù)研究的重點(diǎn)是:網(wǎng)絡(luò)管理安全需求的等級(jí)劃分，網(wǎng)絡(luò)管理安全架構(gòu)與訪問控制，網(wǎng)絡(luò)資源的保護(hù)機(jī)制與實(shí)時(shí)監(jiān)控，基于策略的網(wǎng)絡(luò)管理等。

4.4 通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)安全技術(shù)

通信網(wǎng)的服務(wù)安全主要涉及高層應(yīng)用系統(tǒng)，其安全防護(hù)技術(shù)包括:應(yīng)用系統(tǒng)訪問控制、服務(wù)數(shù)據(jù)包過濾、入侵檢測(cè)、防病毒以及通信網(wǎng)服務(wù)信息安全隔離等技術(shù)。

4.5 通信網(wǎng)絡(luò)安全性能分析評(píng)估技術(shù)

通信網(wǎng)安全性能的分析評(píng)估用于評(píng)定通信網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)能力，針對(duì)通信網(wǎng)安全策略，給出理論和仿真分析，運(yùn)用定性和定量相結(jié)合的分析手段，給出威脅標(biāo)識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型、通信網(wǎng)絡(luò)安全威脅標(biāo)識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，以及通信網(wǎng)的滲透性檢測(cè)和安全脆弱性評(píng)估。

5 結(jié)束語(yǔ)

通信網(wǎng)絡(luò)作為賽博空間的重要組成部分，保障其可靠安全的運(yùn)行是進(jìn)行有效賽博空間防御作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。面對(duì)未來賽博空間作戰(zhàn)的需求，應(yīng)當(dāng)深入研究通信網(wǎng)絡(luò)的安全問題和提高其安全性的關(guān)鍵技術(shù)。

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