为卫星通信加密

为卫星通信加密

2009年2月，美国的“铱星33号”与俄罗斯的“宇宙2251号”卫星相撞，导致这两颗通信卫星瞬间毁灭。根据当时跟踪“铱星”和“宇宙”卫星的地面望远镜观察，这两颗通信卫星的轨道应该是彼此错开的，然而哪怕是从其中任何一颗卫星的搭载仪器所记录的数据来看，我们会发现情况完全相反。为何操作人员没有利用来自卫星本身的位置信息呢？

轨道数据实际上是一类需要严格保密的数据，卫星所有人将卫星的位置和运行路线视为机密资料。拥有卫星的那些企业担心，泄密会使自己丧失竞争优势，因为把确切的定位信息分享出去，可能会向竞争对手暴露自已的实力。同时，政府也担心这些信息泄露出去会危害国家安全。但这样做可能导致卫星碰撞，即使是不严重的碰撞，也可能造成数百万美元的损失，并使碎片进入其他卫星和载人航天器（如国际空间站）的轨道。“铱星”与“宇宙”号卫星的碰撞事故，促使有关方面开始寻找相应的解决方案。

当前的解决方案是，让世界上最大的4个卫星通信供应商，与可信赖的第三方即美国Analytical graphics公司合作。Analytical graphics公司汇集了各卫星通信公司的轨道数据，能在卫星可能遇险时发出警告。不过，此项安排的前提条件是，所有卫星通信供应商与第三方必须保持信任。而随着越来越多的经营者进入这一领域，并把越来越多的卫星送入轨道，作出这种安排常常是相当困难甚至不可能的。

现在专家认为，加密可能是一个更好的方案，依靠它就无须再考虑相互信任的问题了。20世纪80年代，科学家开发出了一些专门的算法，可以让许多人共用私密数据，计算一个函数，同时不会泄露半点秘密。2010年，美国国防部高级研究计划局（DARPA）组织了几个密码专家团队，运用此技术开发了针对卫星数据共享的“安全多方计算”（secure multiparty computation，MPC）协议。

按照这个方法，每一位参与者可以把私有数据载入自已的软件中，然后软件再根据一个公开的MPC协议来回传送信息。协议保证参与者可以计算一个期望的输出 （例如卫星碰撞的概率），但不能计算除此以外的任何东西。此外，由于协议的设计是公开的，任何参与者都可以编写自已的软件客户端，不需要各方彼此信任。

日前，轨道数据加密保护存在的一个问题是速度。计算两颗卫星发生碰撞的概率属于复杂度很高的计算：如果不考虑安全问题 ，计算花费的时间可以毫秒计，而这些协议如果在商用硬件上执行则需要耗时90秒。不过，随着计算能力的提高，MPC协议的实用性将会越来越高。现在美国国防部高级研究计划局的工作既将圆满结束，概念验证码（proof-of-concept）的算法已准备就绪。眼下还没有人真正在实践中应用这些协议，不过密码专家正在物色愿意尝试这一技术的人。

（摘自《环球科学》总第111期）