《智星动网·安全引航》卫星安全研究报告.docx

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1、智星数网安全引航卫星安全研究报告全球在轨卫星现状极至2023年5月IFl,全球共有；5G0颗在轨运曾卫乩。所属美国的51救M取为空出，共5颇占68.32、），中国631颗W世界第三（占8.35、），TOP5中其他国家分别是英国、侬罗斯、日本，接轨道类型统计.H地球轨遒卫星般多676X颗、地球同步轨遒1星次之590哪.中地球轨道卫星M3Rj.跳网软道1?里59颗.交间轨道和频段作为能筋珑足更显正常运行的先决条件.已统成为各国M星企业争Ifi抢占的Jfi点资源,按熏应用航域统计，6891飘为通导遥他星，Btfit占比W达9!，.通，薪儿星血用市场不断Ir大.已成为卫星产业发展现状地面设各根务树造发

2、射IHk卫丛产业默粼米算：QtalllteIndustryAssociation2022年全球卫星产业规模达到妁2S10亿美元，占全球航天产业总收入的73%.卫里产业做中各环节规模及占比为：卫星地面设的（：；-卫品运河与麋务（-40.3%）卫及IWiftU58亿美元,S.6）（70亿美儿.2. 5%）.国内卫层产业陵建设全面提速.在各环节均右相关的企业布局，制造环节由国家领航,民苦企业案焦W部件的制速；发射环禁：航天BI企为主力，发射降木成为发展里点：地向设备环巾：客户端巾场/-W.民营企业舂月众多：卫51运营环节：中国星网成立，有切快速构建R鸵网络.加强竞争实力.天蛛-构筑数字李生太空安全之

3、网法律法规国际方向：（外m空间条约，、（国际电传联组织法、旧际电 信联忸公约.无线电震则3、（科IFr规则等对各成员有的束力的支 件.国内方向：（中华人民共和国电信条例.建立卫星通僧网和设贸 使M地球站管理规定，和空间物体包记饯理办法）。当前卫星网堵安全有关的法律法规仍旧欠不过相信的粉JlIE互联网 逐渐受到关注，会引起越来超多的小门介入相关爸理工作,推进制定专属 JiSlIL联网的一索列安全标准,Q %m*嘤期妗, 数据安全、终端安全、运营安全.中闰科学院信息工程研九所NRT团队主吩建设的柒于数智李生的“天姝”仿验t用平台紧密阴烧“W个面向”.从闰家取略科技力信的使命担当出发,全力抢占科技制

4、热点、廉务国京嘉水平科技自立自强，枚力于卫星3联网攻防健力产学研生态建设，进而解决IJJ,安个和M挤续发展科技mfw.“天妹”以致彻感:合李生技术为硬座,通过数./城L一一数,车1一一机理午一一卜拽演的技术路径,通过典型数字化转型场景的数字剜画.提升新兴业务模IS运行及安全保降健力.立足地方区域发展和产业实际,花空无结且.城市大脑.应急管理、特种狗谊等领域已率先开展示的:应用.“天蛛”一期通过对如空何见尼、信关站、地面测运控系统等关犍资产的典皇核心城成要素同源性仿此构建支持科研队伍做早期用允验IE的重点关t仿真对象.已具备低轨工星互联网应用与安全研究能力.X卫星通信系统安全现状无线通信 技术国

5、干扰。安全事件案例动力系统被烧毁。无线通信C2链路受安全研究动态议、后门和错误配置向卫星网络发送篡改信号卫星通信系统的安全问题,StarIink用户终端硬件漏洞,借 !护。低轨卫星安全性威胁分类方法攻击者模型卫星云服务及定位服务一度无法使用。安全、通讯安全、太空战略、隐私和可用性。互联网服务中%。2023年4月,DefCon黑客大会举办第四届mHACK-A-SATELLITE(HAS) ”挑战赛。卫星安全挑战赛前三届HAS比赛都以模拟的形式展开，HS4则直接使用名为“Moonlighter”的在机卫星作为“太空黑客沙箱”，这是第个用于夺旗演习的太空平台，此举将太空系统的进攻性和防御性网络演习从

6、地球实验室环境转移到了近地轨道。该卫星携带了一个专用网络有效载荷，带有防火墙以隔离子系统，还具有一个完全可重新编程的有效载荷计算机，从而能够在保障卫星安全的情况下开展可重复的、现实的、安全的网络实验。HAS4挑战赛结合了航天与信息安全两个领域，挑战Fl标围绕地面站、星地链路、卫星展开。在能力要求方面，除了传统的逆向工程、密码破解、信号截获分析等信息安全知识，还需要具备天体物理学、天文学、遥测遥控等相关*r-.II.H.-WAO.I.-l.11,tTM?IK知识，对挑战看提出了极高的要求安全威胁分析卫星网络不同的攻击者Ol卫星通信崛起，发展与安全挑战并存人造卫星（以下简称“卫星”），是指在地球空

7、间轨道上运行的无人航天器。自1957年10月4日苏联成功发射世界上第一颗卫星后，美国、法国和日本也相继将自己的卫星送入太空。中国在1970年4月24日成功发射了属于自己的第一颗人造卫星“东方红一号”，使中国成为继苏美法日之后第五个用自制火箭发射国产卫星的国家，从此开启了一片属于自己的天空11L在数字化时代，信息技术的迅速发展和互联网的广泛应用已经深刻改变了人们的日常生活和工作方式。但是，在许多地区尤其是偏远地区、海洋、航空等场景，传统的地面通信网络依然存在覆盖盲区和性能不足的问题。为了弥补这些不足，卫星通信应运而生，逐渐成为高速宽带接入、紧急通信、遥感监测等领域的重要通信方式。卫星通信在商业、

8、科研等领域具有巨大的应用潜力，为了抢占卫星通信市场和维护国家利益，各国纷纷加大在卫星通信技术方面的研发和投入，推动着卫星通信的快速发展。卫星通信正逐步成为一种重要的全球通信手段，但卫星网络安全问题却是发展过程中的一大隐忧，需要各方高度重视和积极应对。本报告将在卫星通信系统架构及卫星产业发展现状的基础上，深入分析卫星通信所面临的网络安全威胁，探讨可能的解决方案，希望能够为基于卫星的通信发展提供些参考和启示。02卫星通信星地协同I共筑信息桥梁卫星通信系统由卫星和地面站两部分组成，如图2.1的卫星通信结构图所示，可以宜观的了解卫星通信系统各部分之间的关系。卫星空中部分由卫星平台和有效载荷组成，卫星平

9、台主要负责卫星的基本功能，如动力、控制、遥测和数据处理等。而有效载荷则是卫星的核心部分，负责提供通信、导航、遥感等功能。地面站部分负责与卫星进行数据交换和控制指令的传输，并管理卫星网络和用户服务。地面站由信关站、用户站和网络运控系统组成，分别具有不同的职责和功能。下面将详细介绍卫星、地面站和它们的各个子系统及其功能。网 联 互fa图2.1卫星通信结构示意图2.1 卫星2.1.1 卫星轨道高度按照轨道高度的不同，卫星可被分为低轨道卫星、中轨道卫星和高轨道卫星三种类型。根据I960年第53届巴塞罗那国际航空联合大会的规定，地球表面100千米以上的空间为航天空间，卫星可在该高度以上飞行，但由于高度越

10、低的卫星受到大气阻力的影响越大，在轨寿命也越短，因此目前除少数侦察或执行特殊任务的卫星外，已经少有国家发射200千米以下轨道高度的卫星。表2.1介绍了不同轨道卫星特点，不同类型的卫星根据其轨道高度和任务需求的不同，都有各自的特点和应用场景。卫星的轨道高度不仅影响其运行稳定性和寿命，也会直接影响到卫星执行任务的效能和结果。承载互联网业务的通信卫星主要工作于低轨道,这是因为低轨道卫星具有通信延迟低、通信功耗低等优势，更适合提供高速互联网服务。表2.1不同轨道卫星特点轨道高度优点映点用途低轨道200-20千米观测图像分辨率高、通信延迟低、通信功耗低在轨寿命短、维护成本高对地观测、情报收集、卫星互联网

11、等中轨道2000-20000千米较好的覆盖范围和信号强度观测图像分辨率较低、通信延迟大导航定位、科学探测等高轨道200T米以上最大的覆盖范围和最长的寿命观测图像分辨率低、通信延迟大气象观测、通信广播、地球同步2.1.2 卫星平台卫星平台包括能源系统、姿态和轨道控制系统、温度控制系统、遥感测控系统等，支撑卫星的各项功能和任务。（一）能源系统卫星能源系统是保证卫星正常运行的重要系统，可以让卫星在太空独立运行，不依赖有限的电池或其他有限的能源，为卫星持续提供电力，维持各种系统的正常运行。能源系统直接影响着卫星寿命，也关乎卫星的能力。能源系统一般由能源获取、能源存储和电源控制等部分组成。（二）姿态和轨

12、道控制系统姿态和轨道控制系统可以通过控制卫星的姿态和轨道来保持卫星的稳定性和准确性，以确保卫星能够有效地执行其任务。姿态和轨道控制系统包括控制单元、测量单元和执行单元，实现变轨入轨、轨道保持、保证天线指向地球覆盖区域、保证太阳能帆板接收到太阳光、载荷准确观测目标等，决定了卫星的寿命和卫星上各种设备是否能够正常工作。（三）温度控制系统卫星在太空环境中受到太阳辐射、地球辐射、宇宙射线等影响，温度波动较大，容易造成卫星内部和表面温度发生变化，从而影响卫星的性能和寿命。卫星温度控制系统主要是控制卫星的温度，根据卫星所处环境的温度变化来调节卫星内部的温度，使其始终处于规定的温度范围内。（四）遥感测控系统

13、卫星的遥感测控系统可以对卫星进行远程控制和监测。从起飞阶段开始，到卫星使用寿命结束的周期，可以用传感器测量卫星内部各个子系统、卫星的姿态、外部空间环境和有效载荷的工作状况，用无线电技术将参数传到地面站，判断卫星的工作状况，并在工作状况出现异常时向卫星发送有关指令来进行故障排除，保证卫星的正常工作。2.1.3 有效载荷卫星的有效载荷承载科学仪器、通信设备、图像采集设备等各种功能模块，用于完成卫星任务。卫星的有效载荷通常由多个系统组成，每个子系统负责不同的任务，例如遥感观测、通信、科学实验等。（一）遥感观测载荷遥感观测是卫星最主要的任务之一，遥感载荷是实现遥感观测的核心。遥感载荷包括光学载荷、微波

14、载荷、红外载荷等多种形式，能够对地表进行高精度的观测和监测，获取地表数据并提供数据支持。（二）通信载荷卫星的通信载荷是指卫星用于通信的设备，主要用于与地面站进行通信、传输数据等，为航空、海洋、铁路等行业提供通信支持。通信载荷一般包括射频系统、天线系统、信号处理等部分。（三）科学实验载荷卫星的科学实验载荷用于进行各种科学实验，例如测量地球磁场、重力、大气、地表温度等。这些载荷通常包括各种传感器、探测器、实验设备等。2.2 地面站2.2.1 信关站信关站是连接卫星和地面网络的节点，实现卫星通信业务数据的分发与收集，信关站主要由基带子系统和射频子系统构成。功放上变频阳制信道编码f源编码地面发送射算分

15、系统放信源解码信道解码图2.2卫星通信数据收发原理图（一）基带子系统基带子系统主要负责信号处理、控制和管理。其功能包括信号调制与解调、信号处理、编码与解码、误码率和信噪比检测、与上层协议栈和网络运控系统的接口等。（二）射频子系统射频子系统是信关站的前端部分，主要负责信号的收发、放大和滤波等功能。它将基带子系统输出的基带信号上变频至射频信号，并在发送链路和接收链路之间进行收发切换。射频子系统主要由射频收发器、射频放大器、射频滤波器和本振器等部分组成。射频收发器负责信号的收发和变频；射频放大器用于信号的放大；射频滤波器用于滤除杂波和高阶谐波；本振器负责提供稳定的参考频率供射频收发器工作。（三）天线子系统天线子系统负责将射频子系统输出的射频信号发射到空中，并将空中的射频信号接收后输送至射频子系统，