反制美“星鏈”（Starlink）系統(tǒng)的非物理技術(shù)手段研究總結(jié)

導言：隨著美國“星鏈”(Starlink)系統(tǒng)展現(xiàn)出的軍事應用潛力。針對這一挑戰(zhàn)，反制研究兼顧物理攻擊與非物理攻擊雙重路徑：物理層面，發(fā)展動能反衛(wèi)星武器直接摧毀衛(wèi)星節(jié)點或通過電磁脈沖武器癱瘓地面終端;非物理層面，強化電子干擾、網(wǎng)絡滲透及頻譜管控等手段。本文聚焦于非物理攻擊研究，針對星鏈系統(tǒng)弱點探索現(xiàn)實可行的反制技術(shù)手段。

一、星鏈系統(tǒng)

截至2025年6月星鏈系統(tǒng)已部署超8000顆衛(wèi)星，提供高速、低延遲網(wǎng)絡。星鏈星座分布[1]如下圖：

圖1 星鏈星座分布圖

星鏈系統(tǒng)通過部署在地球上空約550公里的數(shù)千顆低軌衛(wèi)星實現(xiàn)全球互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。這些衛(wèi)星通過激光星間鏈路完成衛(wèi)星間通信，與地面站及用戶設備進行通信時平均延遲僅約25毫秒，遠優(yōu)于距離約35786公里、延遲達600毫秒以上的傳統(tǒng)地球同步衛(wèi)星。星鏈終端設備采用即插即用設計，利用相控陣天線自動對準衛(wèi)星以確保高效連接。星鏈系統(tǒng)架構(gòu)[2]如下圖：

圖2典型星鏈系統(tǒng)架構(gòu)

但星鏈系統(tǒng)安全問題與弱點包括：

首先是網(wǎng)絡安全隱患，黑客可能通過地面或太空注入惡意命令，實施DNS劫持等攻擊以威脅系統(tǒng)完整性或竊取數(shù)據(jù);

其次是隱私問題，衛(wèi)星具備的廣泛監(jiān)視能力可能被濫用，引發(fā)隱私擔憂;

再者是監(jiān)管障礙，其運營模式繞過傳統(tǒng)電信監(jiān)管結(jié)構(gòu)，引發(fā)部分國家政府擔憂并限制其運營。

二、反制技術(shù)手段

星鏈星座系統(tǒng)的安全需從CIA模型(信息安全的基本原則)機密性(Confidentiality)、完整性(Integrity)和可用性(Availability)等方面進行研究[3]。攻擊星鏈星座系統(tǒng)的方法如下圖所示。

圖3攻擊星鏈星座系統(tǒng)的方法

1、機密性攻擊

在衛(wèi)星通信中，因無線傳輸、廣覆蓋和潛在未加密鏈路等特性，成為軍事通信重大安全漏洞。竊聽的核心是破壞信息機密性。

圖4竊聽攻擊

1)被動竊聽

被動竊聽為靜默監(jiān)控與隱私泄露。研究發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星寬帶信號(如DVB-S)存在識別用戶活動的漏洞，可攔截未加密的HTTP請求、電子郵件、VoIP對話等，導致SSL/TLS證書泄露和系統(tǒng)風險[4]。攻擊者僅監(jiān)聽或記錄通信而不干預，被竊聽者難以察覺。

2)主動竊聽

主動竊聽為干預通信與數(shù)據(jù)破解。文獻[5]研究上行鏈路衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的衛(wèi)星竊聽，假設其按二項式過程隨機分布、且用定向波束成形天線。分析竊聽者分布與距離，推導服務衛(wèi)星和竊聽者信噪比(SNR)表達式，驗證結(jié)果，可用于評估保密性能與設計安全衛(wèi)星星座。

2、可用性攻擊

1)干擾攻擊

衛(wèi)星通信中的干擾攻擊通過同/鄰頻信號壓制衛(wèi)星信號，導致通信質(zhì)量下降或中斷。分為寬帶干擾和窄帶干擾：

圖5窄帶和寬帶干擾攻擊

寬帶干擾：廣域頻段覆蓋攻擊

寬帶干擾的技術(shù)特點是通過噪聲或錯誤信號覆蓋寬頻率范圍，同時影響多個通信系統(tǒng)，精度較低但覆蓋面廣。文獻[6]探討了衛(wèi)星通信中，干擾器能夠感應到頻譜的一部分，并在檢測到想要干擾的信號時傳輸干擾信號。該技術(shù)可以抵消與跳頻擴頻(FHSS)相關(guān)的處理增益。

窄帶干擾：精準頻率定向攻擊

窄帶干擾技術(shù)特點是聚焦特定頻率或窄頻段，目標明確，適用于已知通信頻率的場景。PS接收機定向干擾[7]針對直接序列擴頻(DSSS)信號，驗證了窄帶干擾對特定頻道的精準破壞能力。如俄羅斯部署克拉蘇哈-4和R-330ZhZhitel電子戰(zhàn)系統(tǒng)，在距離前線30至40公里的范圍內(nèi)有效地干擾星鏈通信，導致烏克蘭軍隊在關(guān)鍵時刻失去通信能力。再如，在2024年5月烏克蘭哈爾科夫地區(qū)的星鏈連接在俄羅斯進攻前夕被中斷，嚴重影響了烏克蘭軍隊的作戰(zhàn)能力[10]。

2)DoS與DDoS攻擊：服務可用性破壞

圖6星鏈系統(tǒng)中的DoS和DDoS攻擊

拒絕服務攻擊(DoS)：單設備資源耗盡攻擊

拒絕服務攻擊(DoS)的核心機制是通過單個設備發(fā)送惡意流量或操作，導致目標節(jié)點資源耗盡或功能癱瘓。文獻[8]介紹了一種對太空通信中的飛行器執(zhí)行勒索軟件攻擊的方法。所提出的攻擊方法戰(zhàn)略性地針對NASA核心飛行系統(tǒng)(cFS)的軟件總線 API，該API是命令和數(shù)據(jù)處理功能以及特定任務應用程序的關(guān)鍵組件。這種方法旨在破壞航天器的運行，而不永久禁用航天器，迫使受害者支付贖金和確保在支付贖金后恢復航天器功能。

分布式拒絕服務攻擊(DDoS)：多設備協(xié)同流量洪泛

分布式拒絕服務攻擊(DDoS)的核心機制是利用僵尸網(wǎng)絡控制多設備，向目標發(fā)送海量惡意流量，淹沒其帶寬或處理能力。LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡鏈路泛洪攻擊[9]提出針對低軌(LEO)衛(wèi)星網(wǎng)絡路由機制，攻擊者先探測網(wǎng)絡拓撲，通過僵尸網(wǎng)絡向目標鏈路相關(guān)路徑發(fā)送流量，造成擁塞，證明DDoS對衛(wèi)星網(wǎng)絡分布式架構(gòu)的威脅。

3、完整性攻擊

完整性攻擊是通過偽造、篡改或破壞數(shù)據(jù)，使信息失去真實性和一致性。欺騙攻擊的技術(shù)原理[3]通過模仿合法信號注入虛假信息，如偽造導航信號誤導定位;病毒攻擊則利用惡意代碼入侵系統(tǒng)，篡改數(shù)據(jù)或破壞功能，二者均以破壞系統(tǒng)完整性為目標，對星鏈系統(tǒng)的安全構(gòu)成嚴重威脅。

1)欺騙攻擊

在衛(wèi)星通信中，欺騙攻擊會導致接收器誤判位置、時間或指令。與干擾攻擊不同，欺騙攻擊需復雜信號處理實施精準欺騙。

圖7欺騙攻擊過程

數(shù)學建模與信號特征

衛(wèi)星真實傳輸信號與欺騙信號的數(shù)學表達式高度相似，都包含關(guān)鍵參數(shù)。核心差異在于數(shù)據(jù)比特流和碼相位的真實性：欺騙信號通過復制擴頻碼規(guī)避接收器擴頻碼校驗，同時篡改真實數(shù)據(jù)比特流(偽造數(shù)據(jù)比特流)和碼相位(欺騙碼相位，故意偏移)注入虛假信息。

典型分類與技術(shù)實現(xiàn)

信號測量與重放欺騙攻擊：核心原理是直接延遲或重放捕獲的真實信號，誘導接收器誤判時間或位置。

信號估計與重放欺騙攻擊：核心原理是在部分信號參數(shù)未知時(如軍用加密碼)，先估計缺失信息再實施欺騙。

信號修改欺騙攻擊：核心原理是通過相位反轉(zhuǎn)生成歸零信號，抵消真實信號并注入虛假數(shù)據(jù)。

攻擊效果

指令篡改：針對衛(wèi)星控制鏈路，注入錯誤軌道指令或參數(shù)。

2)病毒攻擊

電子戰(zhàn)與網(wǎng)絡戰(zhàn)融合攻擊

該攻擊的技術(shù)特點是通過電子戰(zhàn)系統(tǒng)向敵方雷達、通信設備植入病毒，癱瘓或接管網(wǎng)絡。如2007 年以色列在“果園行動”中使用“舒特”系統(tǒng)，接管敘軍防空雷達網(wǎng)，并使其失效。

衛(wèi)星攻擊：

該攻擊的技術(shù)特點是入侵衛(wèi)星地面站，通過地面站向衛(wèi)星注入病毒程序，或利用星間鏈路傳播病毒(如星鏈)。如2023年DEFCON黑客大會上，五支團隊攻擊美軍“月光者”衛(wèi)星，驗證在軌衛(wèi)星網(wǎng)絡攻擊可行性。

隔離網(wǎng)攻擊

該攻擊的技術(shù)特點是針對獨立網(wǎng)絡(如軍事)，通過U盤、光盤等外部設備或供應鏈植入病毒。如“震網(wǎng)”病毒通過U盤植入伊朗核設施隔離網(wǎng)，破壞鈾濃縮設備，是典型隔離網(wǎng)攻擊案例。

總結(jié)

本文系統(tǒng)分析了星鏈系統(tǒng)的弱點與非物理反制路徑，未來可進一步探索多手段協(xié)同反制，如電子干擾與網(wǎng)絡攻擊結(jié)合，提升對星間鏈路和地面終端的復合打擊效能。另外加強國際法研究，結(jié)合反制技術(shù)發(fā)展完善太空安全規(guī)則，平衡技術(shù)對抗與國際太空秩序安全的法律規(guī)則也是反制太空軍事化的有力手段。(北京藍德信息科技有限公司)

參考資料

[1]https://satellitemap.space/?constellation=starlink

[2]https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/850251/Abdulla_Mohammad_Ashkan.pdf?sequence=2

[3]https://www.mdpi.com/1424-8220/24/9/2897

[4]Pavur, J.; Moser, D.; Lenders, V.; Martinovic, I. Secrets in the Sky: On Privacy and Infrastructure Security in DVB-S Satellite Broadband. In Proceedings of the 12th Conference on Security and Privacy in Wireless and Mobile Networks, Miami, FL, USA, 15–17 May 2019; pp. 277–284. [CrossRef].

[5] https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9813714

[6] Lichtman, M.; Reed, J.H. Analysis of Reactive Jamming against Satellite Communications. Int. J. Satell. Commun. Netw. 2016, 34, 195–210. [CrossRef]

[7]Rao, K.D.; Swamy, M.N.S. New Approach for Suppression of FM Jamming in GPS Receivers. IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst. 2006, 42, 1464–1474. [CrossRef]

[8]Falco, G.; Thummala, R.; Kubadia, A. WannaFly: An Approach to Satellite Ransomware. In Proceedings of the 2023 IEEE 9th International Conference on Space Mission Challenges for Information Technology (SMC-IT), Pasadena, CA, USA, 18–27 July 2023; pp. 84–93. [CrossRef]

[9]Giuliari, G.; Ciussani, T.; Perrig, A.; Singla, A. {ICARUS}: Attacking Low Earth Orbit Satellite Networks. In Proceedings of the 2021 USENIX Annual Technical Conference (USENIX ATC 21), Online, 14–16 July 2021; pp. 317–331.

[10]https://english.nv.ua/nation/russian-ew-interferes-with-starlink-in-frontline-zones-expert-claims-50423836.html