航天工程大學(xué)士官學(xué)校 任思衡 楊保平 李華 李倩

密碼與軍事作戰(zhàn)具有十分緊密的聯(lián)系。早在公元前約500年的希波戰(zhàn)爭時期，希臘人就利用“隱文術(shù)”傳遞軍事情報，最終贏得了戰(zhàn)爭的勝利；在長征時期，我軍高度重視機要密碼工作，通過破譯國民黨軍隊的密碼，牢牢掌握了作戰(zhàn)主動權(quán)[1]；在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，軍事密碼在指揮決策、情報傳遞、通信聯(lián)絡(luò)、武器制導(dǎo)等方面發(fā)揮著不可或缺的重要作用，圍繞“軍事密碼運用與對抗”的密碼戰(zhàn)研究不斷發(fā)展[2]。

隨著人類進入太空時代，軍事密碼廣泛應(yīng)用于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System， GNSS）的信號收發(fā)和信息傳遞。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)憑借其“高精度、全天時、全天候、海陸空天一體”的優(yōu)勢被譽為現(xiàn)代軍事力量的倍增器。在太空對抗行動中，阻止敵方利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，保護己方和友軍正常使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，逐漸成為了行動的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。基于國防建設(shè)和國家安全的需要，我國從20世紀80年代開始獨立建設(shè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Beidou Navigation Satellite System，BDS），經(jīng)過數(shù)十年探索，北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已于2020年建成并提供全球衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)[3]。在此背景下，加強包括北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運用與對抗的研究具有十分重要戰(zhàn)略意義和軍事價值。

1 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)欺騙技術(shù)

目前，美國、俄羅斯、中國、歐盟等國家和組織均建立了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在常規(guī)烈度的戰(zhàn)爭中，大國之間直接毀傷在軌衛(wèi)星和地面控制站的作戰(zhàn)方式，面臨的政治風(fēng)險較大，實現(xiàn)的可能性較低。而衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)欺騙技術(shù)作為一種電磁干擾手段，具有隱蔽性與高效性，政治風(fēng)險低，干擾范圍大，在實際作戰(zhàn)中具有廣泛的應(yīng)用空間。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)欺騙技術(shù)是根據(jù)導(dǎo)航信號和擴頻碼（偽隨機碼）的特征規(guī)律進行攻擊。欺騙干擾機可以發(fā)射與導(dǎo)航信號相同或相似，而功率稍強的欺騙信號，使接收機誤以為欺騙信號是真實信號，導(dǎo)致接收機被誤導(dǎo)從而產(chǎn)生虛假導(dǎo)航信息或者無法輸出導(dǎo)航信息。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)欺騙技術(shù)主要分為轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙技術(shù)和生成式欺騙技術(shù)[4]。相比于其他類型的電磁干擾，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)欺騙技術(shù)更具有隱蔽性與威脅性，在作戰(zhàn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。在軍事訓(xùn)練和實際作戰(zhàn)中積極探索運用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)欺騙技術(shù)，是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)密碼戰(zhàn)的具體手段，可以實現(xiàn)干擾敵方導(dǎo)航設(shè)備，誘騙敵方作戰(zhàn)部隊，奪取戰(zhàn)場主動權(quán)的目的。

1.1 轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙

轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙首先對真實衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行截獲和存儲，然后將信號延遲播發(fā)，延長星地信號傳播時間，進而達到混淆用戶定位結(jié)果的目的。轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙直接利用了真實衛(wèi)星導(dǎo)航信號，無需分析信號內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以即使導(dǎo)航信號采用了破譯難度較高的軍用密碼，干擾機也可能對用戶設(shè)備實施欺騙[5]。為了讓轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號更易于被目標設(shè)備所捕獲，通常情況下干擾信號會比真實衛(wèi)星導(dǎo)航信號的功率略高[6]。

具體而言轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙可以采取2種實現(xiàn)手段。第一種方法是使用單個接收天線接收目標區(qū)域內(nèi)所有真實的衛(wèi)星導(dǎo)航信號，并經(jīng)過統(tǒng)一的延時和功率放大處理后，再利用發(fā)射天線進行轉(zhuǎn)發(fā)；第二種方法是采用高增益窄波束的陣列天線，讓每個接收天線與區(qū)域內(nèi)每顆衛(wèi)星一一匹配，將不同的衛(wèi)星導(dǎo)航信號附加不同的延遲時間后再進行轉(zhuǎn)發(fā)[7]。

1.2 生成式欺騙

生成式欺騙根據(jù)截獲真實信號的基本特征生成與真實信號強相關(guān)的偽隨機碼，調(diào)制與真實電文格式完全相同的欺騙導(dǎo)航電文，最終經(jīng)天線發(fā)射加載了該電文的欺騙信號[8]。

具體而言，生成式欺騙可以采用3種實現(xiàn)手段。第一種方法是使用信號模擬源直接產(chǎn)生欺騙信號，且欺騙信號與真實衛(wèi)星導(dǎo)航信號之間不要求嚴格的時間同步。當用戶設(shè)備處在冷啟動狀態(tài)或被外界復(fù)雜電磁環(huán)境干擾，需要重新捕獲衛(wèi)星導(dǎo)航信號時，很容易受到干擾信號的欺騙；第二種方法是解析真實衛(wèi)星導(dǎo)航信號，解調(diào)出導(dǎo)航電文并進行有針對性的修改。通過參考真實衛(wèi)星導(dǎo)航信號的具體參數(shù)，使用信號模擬器對導(dǎo)航電文重新擴頻，產(chǎn)生并播發(fā)欺騙電文；第三種方法是在第二種方法的基礎(chǔ)上，并在完成解析真實衛(wèi)星導(dǎo)航信號的情況下，依據(jù)目標用戶的具體位置，構(gòu)造與真實衛(wèi)星導(dǎo)航信號相同但相位相反的欺騙信號。根據(jù)無線電波的干涉規(guī)律，這種欺騙信號會與真實衛(wèi)星導(dǎo)航信號相抵消，導(dǎo)致目標衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備無法完成定位[7]。

2 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)反欺騙技術(shù)

現(xiàn)有欺騙干擾技術(shù)對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的安全性和可靠性產(chǎn)生了一定威脅。對此，應(yīng)該加強反欺騙技術(shù)的應(yīng)用，防止衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在實際作戰(zhàn)中被敵方欺騙，在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)密碼戰(zhàn)中筑牢防御之盾。

實際上，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在體系設(shè)計上已經(jīng)考慮了抗干擾功能。目前，世界上主流的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)建成和使用了抗干擾星載測距接收機、高安全性軍碼模塊和保密芯片、地面站信號收發(fā)抗干擾單元、監(jiān)測接收機全向抗干擾單元、終端抗干擾單元，具備一定的抗干擾能力。但在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)密碼戰(zhàn)的背景下，仍需要主動改進反欺騙技術(shù)，保證衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的安全性與可靠性。具體而言，可以從以下幾方面加以改進。

（1）提高對高級欺騙技術(shù)的識別能力。目前，衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域高級欺騙技術(shù)不斷發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)存在著被欺騙干擾的風(fēng)險。對此，可以通過加強對目標接收機中間相位的準確檢測等方式，進一步改進衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)天線圖像識別技術(shù)，從而更好地抑制真實信號無感欺騙等高級欺騙技術(shù)。

（2）加強對欺騙消除技術(shù)的研究與應(yīng)用。對于終端設(shè)備而言，由于欺騙信號進入信號通道會帶來跟蹤環(huán)路誤差，從而產(chǎn)生定位精度下降或環(huán)路失鎖的現(xiàn)象，所以在設(shè)計終端信號檢測系統(tǒng)時，不僅應(yīng)主動檢測到欺騙信號的存在，還可以結(jié)合人工智能技術(shù)和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，采用更智能的濾波算法，加強衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對欺騙信號的抑制和消除。

（3）采用帶有對抗性峰值標識符和真實信號檢索器的SemperFi模塊。SemperFi模塊包含了針對連續(xù)干擾消除設(shè)計的算法和子模塊，能夠恢復(fù)被掩蓋的真實衛(wèi)星導(dǎo)航信號。在導(dǎo)航設(shè)備遭到欺騙攻擊期間，它能夠?qū)崟r跟蹤真實的衛(wèi)星導(dǎo)航信號并估算出用戶的具體位置[9]。

（4）綜合運用多種抗欺騙手段，構(gòu)建多層次的防護體系。首先，可以在射頻前端使用抗欺騙天線，降低欺騙信號的強度；其次，在信號處理階段，可以搭建單獨的跟蹤環(huán)路，實時跟蹤鎖定欺騙信號，并利用欺騙信號參數(shù)和其他輔助設(shè)備參數(shù)比對，消除欺騙信號；再次，在信息處理階段，可以通過完好性監(jiān)測技術(shù)防止用戶設(shè)備對欺騙信號的誤判；最后，在數(shù)據(jù)融合層面，可以綜合利用其他外源傳感器的信息，通過緩變故障監(jiān)測等方式，剔除剩余的被欺騙數(shù)據(jù)，并結(jié)合其他有效數(shù)據(jù)進行定位、導(dǎo)航和授時[10]。

（5）強化對欺騙設(shè)備的探測和毀傷能力。欺騙設(shè)備工作時會發(fā)出大量特征信號，通過技術(shù)偵察手段可以對欺騙設(shè)備加以探測和定位。戰(zhàn)時，可以在作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)廣泛設(shè)置干擾源監(jiān)測設(shè)備和反干擾定位系統(tǒng)，找出敵方的欺騙設(shè)備，并運用反干擾無人機或小型反輻射導(dǎo)彈等武器對其進行精確毀傷，從而直接消除欺騙信號對衛(wèi)星導(dǎo)航用戶設(shè)備的威脅。

3 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)機要密碼抗欺騙干擾應(yīng)用

短報文是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的一種功能，可以用于發(fā)布作戰(zhàn)文書，下達作戰(zhàn)命令，實現(xiàn)對部隊的指揮控制。但由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的短報文服務(wù)是開放式結(jié)構(gòu)，存在著被敵方欺騙和利用的可能性。從理論上來講，一臺用戶設(shè)備可以向其他所有終端用戶設(shè)備發(fā)送短報文指令，用戶之間收發(fā)短報文時，無法迅速準確地識別對方身份。

在針對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的密碼戰(zhàn)中，一旦具有短報文功能的終端用戶設(shè)備被敵方俘獲，由于身份識別僅依賴于發(fā)送方的聲明，被俘設(shè)備有很大可能被敵方利用，發(fā)送虛假信息實施戰(zhàn)術(shù)欺騙。尤其在高烈度的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，作戰(zhàn)進程快，作戰(zhàn)單元多，作戰(zhàn)區(qū)域廣，利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的短報文功能實施欺騙具有很強的危害性。

對此，可以從以下兩方面加強衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的機要密碼管理。一方面是根據(jù)終端用戶設(shè)備配屬對象不同，建立唯一的身份識別碼。將用戶身份識別碼的序號按照編制序列、指揮層級加以區(qū)分，確保各個用戶在收到短報文時，能較為明確清晰地了解發(fā)件人的身份信息，從而保證了作戰(zhàn)文書、指令傳遞的準確性和真實性。另一方面，可以采取機要密碼傳輸?shù)某Ｓ梅绞?，對部分短報文?nèi)容進行多層加密。戰(zhàn)時，一旦傳統(tǒng)通信手段失效又急需傳輸一些重要信息，可以利用公鑰和私鑰相結(jié)合的方式，對短報文內(nèi)容進行二次加密或多次加密，再通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行播發(fā)。即使敵方俘獲衛(wèi)星導(dǎo)航用戶設(shè)備或截獲短報文內(nèi)容，由于缺失公鑰和私鑰，既無法發(fā)送欺騙信息，也無法讀取真實信息，從而保證了戰(zhàn)時衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的使用安全。

4 結(jié)語

三軍之事，莫重于密。在新軍事變革不斷深入的今天，圍繞衛(wèi)星導(dǎo)航軍事密碼運用與對抗的密碼戰(zhàn)研究進一步發(fā)展。對此，應(yīng)當積極運用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)欺騙技術(shù)，改進衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)反欺騙技術(shù)，采取衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗欺騙干擾措施，加強衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的機要密碼管理工作，搶占信息化戰(zhàn)爭的“制導(dǎo)航權(quán)”，堅決打贏衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的“密碼戰(zhàn)”。

引用

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