基于密码的卫星互联网安全防护体系研究
摘要： 卫星互联网作为一种关键的技术支撑手段，在空间网络信息基础设施领域展现出广泛覆盖、极低延迟和经济实用的特点。然而，在卫星互联网技术不断深化应用的同时也面临着日益严峻的安全威胁挑战。这些威胁主要体现在卫星节点暴露风险、通信信道连接问题以及异构网络间的干扰等方面，并伴随着拓扑结构动态变化和处理能力限制等问题。针对这些挑战性问题，在密码技术基础之上构建了一个全面的安全防护体系框架：包括物理设施的安全保障措施、通信链路的数据传输安全保障措施、计算机系统与网络安全保障策略以及业务应用层面的安全防护机制；并重点阐述了该安全防护体系的具体实现方法以及未来发展的技术趋势
内容目录：
1 卫星互联网安全威胁分析
1.1 空口干扰
1.2 拒绝服务攻击
1.3 重放攻击
1.4 高功率微波攻击
1.5 欺骗攻击
1.6 路由攻击
2 卫星互联网网络信息安全防护阶段划分
2.1 通信安全需求
2.2 网络安全需求
2.3 应用安全需求
3 基于密码的卫星互联网安全防护体系
3.1 设计原则
3.2 体系框架
4 基于密码的卫星互联网安全防护实践
5 未来发展趋势
5.1 构建主动网络安全模型
5.2 聚焦遏制威胁的关键技术研究
5.3 应用区块链技术
6 结 语
卫星互联网被视为一种新型的空间网络信息基础设施，在人造地球卫星星座与地面网络基础设施整合的基础上发展而成；它具备广覆盖、低延时、宽带化和低成本等特点，在 ground communication 中扮演了重要角色，并延伸至远距离应用；该技术不仅在星际探索中发挥着关键作用，在深空探测、空间探索以及海洋等领域也展现出巨大潜力；通过构建统一的信息网络体系框架，在提升 ground communication 质量的同时实现了跨域协同作战能力的发展
全球各国纷纷加大 satellite internet 发展力度。针对 satellite internet 的安全威胁日益加剧,安全风险事件呈现出持续上升趋势。
构建覆盖全球的卫星互联网星座系统被确定为国际竞争中的关键战略领域，在5G、物联网、工业互联网等新兴技术协同发展的背景下被纳入国家新型基础设施建设范畴，并被视为提升国家竞争力的战略性工程。我国在 satellite internet 领域已吹响了发展 satellite internet 的集结号，在民营商业卫星公司蓬勃发展的推动下，satellite 卫星项目持续升温。然而，在实际部署与运营方面仍面临诸多挑战：目前多数 satellite 星期仅进行了少量测试卫星的部署与验证工作，并未形成一个完整稳定、信号全面覆盖、持续在线运营的 mature satellite internet constellation 。
在卫星互联网领域网络安全保障方面，在现有技术应用层面存在明显局限性，在实际效果上表现出明显缺陷，在经济成本方面也面临着较大的挑战。在此背景下，在深入分析现有技术局限的基础上，在深入分析现有技术局限的基础上，在深入分析现有技术局限的基础上
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卫星互联网安全威胁分析
在信息领域占据重要地位的基础设施
注意：
- 每句话只做表达方式调整
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1.1 空口干扰
空口干擾（Inter-Satellite Interference, ISI）是指來自其他衛星或其他干擾源的電磁信號對衛星接收機接收到的有用信號产生的負面影響。這些干擾會影響卫星通訊中的信號質量、通訊速率及可靠性等參數。空口干擾主要分為四種類型：同频干擾（In-Band Interference）、鄰頻干擾（Adjacent Channel Interference）、雜散干擾（Sporadic Interference）以及阻塞干擾（Blockage Interference）。其 dry 主要來源包括同一軌道上的其他衛星（On-Orbit Others）、地面發射設備（Ground Equipment）、卫星之間互相互作用（Mutual Interaction between Satellites）、自然環境以及卫星周圍的電子設備等
1.2 拒绝服务攻击
拒绝服务攻击（Denial of Service Attack, DoS）是指攻击者通过多种手段破坏卫星互联网网络通信系统的正常运行状态, 导致合法用户无法获得所需的服务信息与传输能力。其主要目的是耗尽卫星通信网络系统的资源, 从而使得系统无法正常响应合法用户的请求指令或数据传输需求。具体而言, 拒绝服务攻击主要涉及带宽消耗型、连通性破坏型、服务器受阻型、信号干扰型以及路由器阻塞型等多种类型
1.3 重放攻击
该术语（Replay Attack, RA）描述了一种由攻击者实施的行为模式：他们通过获取并修改卫星通信过程中传输的数据包内容，并将这些修改后的数据重新投递至系统中以达到窃取信息或干扰通信的目的
1.4 高功率微波攻击
借助高功率微波技术进行操作的攻击行为会对卫星互联网网络通信系统及其相关设施造成干扰或破坏。
1.5 欺骗攻击
骗局攻击可被定义为由攻击者冒充自身身份及位置，并借助卫星通信系统提供的信任机制而实施的一种破坏性行为。
骗局攻击的主要作用于卫星通信中的认证与路由机制，在此过程中使得相关通信的安全性和可靠性难以得到保障。
其中常见的骗局攻击类型主要包括信号骗局、位置骗局以及身份骗局等。
此外这些骗局攻击还具有如下特点：操作手法隐秘性强；每次单独操作效果较为微弱但多次叠加则可造成显著影响；受制于认证与路由机制的限制；导致系统响应时间有所延迟。
1.6 路由攻击
在卫星通信网络中存在一种称为'路由攻击'的技术手段，在这种技术下，攻击者通过篡改或伪造路径信息来窃取数据包、干扰正常通信或者破坏系统稳定性。这种技术手段主要影响卫星通信网络中的路径选择与数据转发过程，在此过程中难以确保数据传输的高效性和安全性。其具有不易被察觉且逐步积累的潜在威胁，并严重依赖于相关系统的运行状态以及覆盖范围广的影响区域。
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卫星互联网安全防护需求分析
卫星互联网面临的安全防护需求主要包含有通信系统的安全性保障要求、网络空间的安全防护任务以及应用层的安全保障措施 3 个具体方面。
2.1 通信安全需求
就通信安全而言，在确保卫星通信链路正常运行的过程中,必须防范电磁波干扰.人为干预以及非法信息获取等潜在威胁.其中,电磁波干扰和人为干预可能导致卫星通信链路中断或故障;而非法手段可能导致机密信息被窃取,甚至通过伪造信息来误导接收方并使其做出错误决策的行为.
针对这些威胁可采取加密技术等手段进行防护如在测控链路中采用了加密技术和数据加密传输的方法来防止信号窃听与截获如在信号传输过程中采用了身份认证技术和信号验证方法来防止信号欺骗行为
2.2 网络安全需求
为确保网络安全有效防护需应对多种威胁类型包括但不限于注入攻击恶意程序以及拒绝服务攻击等
为了应对这些潜在威胁, 可以采取一系列预防措施. 具体而言, 针对注入攻击类型, 我们将实施严格的输入验证流程, 同时对所有潜在危险的数据进行过滤处理, 从而有效阻止恶意代码及数据注入过程的发生 [10]. 在恶意程序威胁下, 我们将部署专业的杀毒软件并配置防火墙机制, 以便能够快速检测并清除所有可疑的恶意程序行为. 针对拒绝服务攻击风险, 我们将优化网络流量管理策略并启用负载均衡功能, 确保网络节点不会因资源不足而无法正常运行. 最后, 针对组网终端非法接入的风险, 我们将安装身份认证模块并配置严格的访问权限控制策略, 仅允许经过身份验证的合法用户进行网络操作.
2.3 应用安全需求
在应用安全领域需要应对多种威胁，在软件层面主要存在兼容性或稳定性缺陷；从数据层面则涉及完整性与机密性保护要求；网络安全防护体系需要具备强大的防护能力以抵御网络攻击；信息安全管理体系必须具备完整的功能以保障信息系统的安全性
在应用安全方面需要应对应用软件漏洞、数据存储安全、数据传输安全、数据使用安全等威胁
为应对这些威胁挑战, 可采取多样化的防护策略。例如:在应用软件漏洞领域, 可实施代码扫描与漏洞修复的技术;在数据存储层面, 推荐配合加密措施与定期备份机制;在传输环节, 建议综合加密与数字签名方法;最后, 在使用环节, 则需配置访问权限控制与审计追踪系统等各项防护措施
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基于密码的卫星互联网安全防护体系
以确保平台系统具备抗打击能力、抗干扰能力以及良好的适应环境特性为目标，在保证数据的安全性和完整性的基础上，并结合用户的合法身份状态以及数据的合规规范要求，在满足平台系统的全面保护需求基础上
，
本文针对卫星网络体系化特点及其特殊运行环境与经典互联网安全体系原理相结合的基础上，
基于"c-DNA 密态安全防护"设计理念，
提出了一种新型基于密码的安全防护方案，
旨在为卫星网络环境提供相应的安全策略制定与技术支撑，
从而实现对卫星运行状态的有效管理与保护，
保障平台系统的安全性运行，
全面实现对地面设施的有效管理与保护。
3.1 设计原则
3.1.1 顶层设计，功能完备
基于我国卫星网络信息安全体系建设的实际情况，在遵循一体化建设理念的基础上规划系统完善的网络安全防御体系目标，并确保其实现的有效性。
3.1.2 防护完善，应对有效
参考国外现有多种安全技术手段作为先进经验进行应用研究，并结合当前卫星平台发展需求与实际应用场景需求进行深入系统设计与规划；重点针对卫星平台运行环境、各类地面站部署特点以及星间通信/星地通信及地面互联网链路运行特征等关键环节的技术保障问题进行系统性解决方案的设计与优化；最终目标是构建一套覆盖全面的安全防护体系以确保各类用户终端系统的稳定运行与数据安全
3.1.3 统一设计，分步实施
充分兼顾各卫星用户的差异化安全需求，制定统一的安全防御体系架构、天地网基础条件规划方案以及技术规范书与接口设计文档，并在此基础上促进军民两用网络安全互操作性，提出切实可行的安全优化策略建议和系统化的安全防御建设思路。
3.2 体系框架
以密码为基础构建的卫星互联网安全保障体系，则是由以下几个关键组成部分构成：密码基础作为核心要素之一；物理设施的安全性则是保障网络运行的基础保障；通信链路的安全性直接关系到信息传输的安全可靠性；计算机系统与网络安全则涵盖了数据处理和传输的关键环节；数据安全则贯穿于整个系统的全生命周期；业务应用的安全性则决定了系统的功能运行效率；而安全管理与运营机制则是确保各项措施有效落实的重要保障机制
图 1 基于密码的卫星互联网安全防护体系
在卫星互联网的安全防护体系中构建了以密码学为基础的核心框架。该框架主要包括以下四个关键组成部分：第一部分是采用轻量级算法实现的高效加密技术；第二部分是建立完善的安全协议机制；第三部分是强化的安全管理与应急响应系统；第四部分则是统一网格信任机制的构建与应用。这些技术手段共同构成了一个完整的基于密码学的安全保障体系，并为卫星互联网的整体安全防护体系提供了坚实的支撑保障
卫星互联网中的物理设施由卫星星座、传输链路、核心网络、测控站点、通信关站、系统管控中心以及数据中心等构成。在物理设施的安全防护领域，通过动态接入安全机制、终端认证保障体系以及动态退出管理策略等技术手段，则能够有效保障物理设施的安全稳定运行状态。
卫星互联网中的传输路径涵盖星间通信介质、地面监控传输路径以及多种卫星信道等多种形式。在确保信息安全方面通过数据加密算法实现信息加密保障；建立完善的信息接收系统能够有效识别并处理异常信号；具备强大的抗干扰能力的同时还采用数字签名方案加强信息完整性保护；通过信息校验码机制实现对实时传输数据的准确性监控从而保证了信息传输的完整性与真实性
卫星互联网中的计算机系统和网络由接入控制系统、核心网以及地面系统等构成。在计算机系统与网络安全防护方面，则采用漏洞检测、网络流量异常检测、节点异常检测以及网络接入鉴权等多种技术手段，则能够有效保障计算机系统的安全稳定运行。
卫星互联网中的数据涵盖用户数据、业务数据等多种类型。在数据安全保障方面，通过数据存储加密、数据传输加密、版权归属保护以及冗余备份机制等技术手段可以有效保障数据的安全性和稳定性运行状态。在业务应用层面的安全防护中，则依靠身份认证机制、访问权限控制策略以及安全审计追踪系统等措施来确保企业核心业务的持续稳定运营。
安全管理和安全运营工作遵循统一的安全防护总体架构，并涵盖统一的天基网络基础条件建设规划以及统一的技术规范与接口设计等内容。在组织架构上进行系统整合，在管理流程上优化协调，在操作规范上实现标准化，在制度建设上完善衔接，在技术应用上形成统一平台的基础上构建多层次的安全协同保障体系，并显著提升了整体安全性。
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基于密码的卫星互联网安全防护实践
卫星互联系网由空间段、用户段及地面对等3个组成部分构成。其中空间段主要由低轨卫星平台构成；各类用户终端构成用户端，在这部分中又可分为固定终端与移动终端两大类。地面对等包含多种测控站点、卫星测控中心等。各类用户提供手持终端设备（含车载设备）以实现与卫星间的通信连接，在这一过程中需要通过切换控制以及空地协议转换等方式确保通信服务能够正常提供。在这一环节中涉及的主要任务是实现各类型用户提供接入服务所需的必要通信链路连接。而针对地面对等则负责对所管理对象节点位置状态及星历信息进行实时监控管理；针对信关站在这一领域则承担接收天线指向跟踪、信号发送接收等功能，并负责对所管理对象节点进行受控切换操作以及流量控制任务；此外还需完成相关资源分配与路径寻址工作；最后还要对被管理对象进行全方位资源调度安排工作以确保整体运行效率最大化。整个系统架构如图2所示
图 2 卫星互联网架构
本节主要围绕基于密码的安全防护架构进行系统设计，并从系统管理、系统平台、数据通信以及业务应用等多个维度展开。具体而言，在业务终端（包括手持终端、车载终端、固定终端及卫星等）领域中，则采用了数字证书认证机制来实现全方位的安全防护；而对于星间链路及星地测控链路，则通过网络加密设备实施了通信层面的加密措施；同时，在管理系统、身份认证系统及核心网等相关部分的数据安全保障上，则采用了服务器端加密设备完成数据保护工作。
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未来发展趋势
目前而言
至于 satellite internet security defense 方向
5.1 构建主动网络安全模型
攻防博弈构成了网络安全领域不可动摇的核心议题，在这一领域中主动网络安全被视为一种既能有效识别又能系统性化解体系化攻击威胁的技术方案与战术策略。传统的威胁管理方式过分依赖于人工干预与技术手段，在面对日益复杂的网络攻击时显得力不从心。然而通过融合数据科学与人工智能技术等创新手段，则有可能建立起一套能够自主学习并动态适应变化的网络威胁智能化防御机制
5.2 聚焦遏制威胁的关键技术研究
针对卫星互联网面临的安全威胁，在未来的研究工作中, 需要进一步聚焦研究的关键技术: 一是在研究中重点发展智能化漏洞探测技术, 并面向卫星互联网构建高效的漏洞分析体系; 二是在研究中重点发展智能化感知与智能解析的通信网络分析体系, 以实现安全检测与防护能力的确保; 三是在研究中明确通信协议标准的核心地位, 并规范运行机制与适用范围, 使恶意行为具有可追溯性、可溯源性以及可定位性。
5.3 应用区块链技术
将 blockchain技术应用 作为 satellite internet security protection 的未来发展趋势之一，在其领域中具有重要的应用前景，并主要包含两个方面的内容：一是研究基于 blockchain 技术实现 satellite nodes 路由抗毁的技术方案，并通过建立一种基于 blockchain 的技术支持架构来实现 satellite nodes 之间的快速通信与故障恢复机制；二是研究基于 blockchain 的安全组网技术方案，并对其适应性进行验证与优化。
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结 语
本文系统性地构建了一个基于密码保障的卫星互联网安全防护体系，并对其中涉及的物理设施安全性、通信链路安全性以及计算机系统的安全与网络安全保护等关键领域进行了详细阐述。具体而言，在物理设施方面实施了严格的安全保障措施，在通信链路层面建立了完善的安全防护机制，并针对计算机系统的运行环境设计了相应的安全保护策略；同时重点加强了数据传输过程中的安全保障措施，并从业务应用角度提出了相应的防护要求。此外本研究还对未来卫星互联网的安全防护发展趋势进行了深入分析并提出了相应的对策建议
本研究为我们提供了关于卫星互联网安全防护的一种创新思路与方法。该成果不仅展现出较高的安全性与实用性，在提升卫星互联网的安全防护水平方面也具有重要意义，并且还可以为其他领域开展相关安全防护工作提供参考与借鉴。然而该方案仍存在一些不足之处：主要局限于仅关注卫星互联网网络自身的安全防护而忽略了移动网络与其交互部分的影响分析未来计划重点研究区块链技术和大模型技术在 satellite 互联网中的应用 同时还将探讨由 satellite 互联网 移动网络物联网等组成的天地一体化网络的安全保障体系