وصول تشويش إشارة الأقمار الصناعية إلى مستويات منخفضة جديدة
وضع الغزو الروسي لأوكرانيا في عام 2022 الاتصالات الأوكرانية في مأزق حقيقي: قبل الغزو مباشرة ، قام المتسللون الروس بضرب أجهزة الاستقبال الأرضية للأقمار الصناعية Viasat في جميع أنحاء أوروبا. بعد ذلك ، انطلق رائد الأعمال إيلون ماسك ليوفر إمكانية الوصول إلى Starlink ، وهي شبكة سبيس إكس المتنامية من أقمار الاتصالات ذات المدار الأرضي المنخفض (LEO). المسك قريبا ذكرت أن Starlink كان يعاني من هجمات التشويش والإجراءات المضادة للبرامج.
في مارس ، خلصت وزارة الدفاع الأمريكية (DOD) إلى أن روسيا لا تزال تحاول التشويش على Starlink ، وفقًا لوثائق سربها الطيار بالحرس الوطني الأمريكي Ryan Teixeira وشاهده واشنطن بوست. وبالمثل ، ألقت القوات الأوكرانية باللوم في المشاكل مع Starlink على التشويش الروسي ، حسبما أفاد موقع Defense One. إذا كانت روسيا تشوش على كوكبة المدار الأرضي المنخفض ، فستكون طبقة جديدة في الحرب الصامتة في الاتصالات الفضائية الأرضية.
يقول بريان ويدن ، مدير تخطيط البرامج في مؤسسة العالم الآمن ، وهي منظمة غير حكومية تدرس حوكمة الفضاء: “لا يوجد الكثير من المعلومات حول هذا الأمر”. ولكن ، يضيف ويدن ، “إحساسي هو أنه من الصعب جدًا التشويش على Starlink أو التدخل فيه [than with GPS satellites]. “
أقمار المدار الأرضي المنخفض تواجه مخاطر أمنية جديدة
بغض النظر عن ارتفاعها أو حجمها ، تنقل أقمار الاتصالات مزيدًا من الطاقة وبالتالي تتطلب مزيدًا من الطاقة للتشويش مقارنة بالأقمار الصناعية الملاحية. ومع ذلك ، بالمقارنة مع الأقمار الصناعية الكبيرة المستقرة بالنسبة إلى الأرض ، فإن أقمار المدار الأرضي المنخفض – التي تدور حول الأرض على ارتفاع 2000 كيلومتر أو أقل – لها عمليات تسليم متكررة “تؤدي إلى التأخير وتفتح المزيد من الأسطح للتداخل” ، كما يقول مارك مانوليس ، أستاذ الخصوصية والتشفير التطبيقي في معهد أبحاث الدفاع السيبراني التابع لجامعة القوات المسلحة الفيدرالية (CODE) في ميونيخ ، ألمانيا.
يعمل باحثو الأمن والاتصالات على الدفاعات والتدابير المضادة ، غالبًا خلف الأبواب المغلقة ، ولكن من الممكن أن نستنتج من بعض المنشورات والأبحاث مفتوحة المصدر كيف أن العديد من أقمار المدار الأرضي المنخفض غير مهيأة للهجمات المباشرة وبعض الدفاعات التي يمكن أن تستخدمها أقمار المدار الأرضي المنخفض المستقبلية. يحتاج.
لسنوات ، كانت كل من الشركات الخاصة والوكالات الحكومية تخطط لأبراج المدار الأرضي المنخفض ، كل منها يضم آلاف الأقمار الصناعية. على سبيل المثال ، دأبت وزارة الدفاع على تصميم شبكة الأقمار الصناعية الخاصة بها في المدار الأرضي المنخفض لتكملة مجموعاتها الثابتة الأكثر تقليدية بالنسبة للأرض لأكثر من عقد وبدأت بالفعل في إصدار عقود لبناء الكوكبة. تقوم مجموعات البحث الجامعية أيضًا بإطلاق أقمار صناعية صغيرة الحجم (CubeSats) في المدار الأرضي المنخفض لأغراض البحث والتوضيح. يتزامن انتشار مجموعات الأقمار الصناعية مع ظهور المكونات الجاهزة والراديو المحدد بالبرمجيات – وكلاهما يجعل الأقمار الصناعية أكثر تكلفة ، ولكن ربما أقل أمانًا.
كلفت وكالات الدفاع الروسية نظامًا يسمى توبول مصممًا لمواجهة أجهزة التشويش التي قد تتداخل مع أقمارها الصناعية ، وفقًا لما ذكره الصحفي والمؤلف بارت هندريكس. وهذا يعني أن بإمكان روسيا إما إرسال إشارات التشويش إلى الأقمار الصناعية ، أو تشك في قدرة الأعداء على ذلك.
العديد من الوكالات والمنظمات التي أطلقت أحدث جيل من الأقمار الصناعية منخفضة التكلفة لم تعالج أكبر المشكلات الأمنية التي يواجهونها ، وفقًا للباحثين كتب في مراجعة واحدة لأمن المدار الأرضي المنخفض في عام 2022. قد يكون ذلك بسبب أحد إغراءات المدار الأرضي المنخفض هو قدرة الأجهزة الجديدة الرخيصة نسبيًا على القيام بوظائف أصغر.
“الأقمار الصناعية أصبحت أصغر. يقول إجاز أحمد ، الباحث في أمن الاتصالات في مركز البحوث التقنية VTT في إسبو ، فنلندا ، “إنها ذات غرض محدد للغاية”. “لديهم موارد أقل للحوسبة والمعالجة والذاكرة أيضًا.” تعني قوة الحوسبة الأقل قدرات تشفير أقل ، فضلاً عن قدرة أقل على اكتشاف التشويش أو التداخل النشط الآخر والاستجابة له.
كما أدى ظهور الراديو المعرف بالبرمجيات (SDR) إلى تسهيل الحصول على الأجهزة لإنجاز أشياء جديدة ، بما في ذلك السماح للأقمار الصناعية الصغيرة بتغطية العديد من نطاقات التردد. “عندما تجعله قابلاً للبرمجة ، فإنك تزود تلك الأجهزة بنوع من الاتصال عن بُعد حتى تتمكن من برمجتها. لكن إذا تم التغاضي عن الجانب الأمني فسيكون لذلك عواقب وخيمة.
“في الوقت الحالي ، لا توجد معايير جيدة تركز على الاتصالات للأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض.”
—Mark Manulis ، أستاذ الخصوصية والتشفير التطبيقي ، جامعة القوات المسلحة الفيدرالية
ومن بين تلك العواقب ، تقوم الجماعات الإجرامية المنظمة بقرصنة وابتزاز مشغلي الأقمار الصناعية أو بيع المعلومات التي تم الاستيلاء عليها.
إن أحد الاستجابات لمخاطر الراديو المحدد بالبرمجيات وحقيقة أن الأقمار الصناعية الحديثة منخفضة التكلفة تتطلب تحديثات للبرامج الثابتة هي تضمين بعض الأمان المادي البسيط. لم تستجب Starlink لطلبات التعليق على أمنها ، لكن العديد من الباحثين المستقلين قالوا إنهم يشكون في أن الأقمار الصناعية التجارية اليوم تتطابق مع الإجراءات المضادة لأمن الأقمار الصناعية من الدرجة العسكرية ، أو حتى تلبي نفس معايير شبكات الاتصالات الأرضية. بالطبع ، يمكن هزيمة الأمن المادي بهجوم مادي ، ولدى الجهات الفاعلة الحكومية أقمار صناعية قادرة على تغيير مداراتها والتصدي لأقمار الاتصالات ، وبالتالي ربما اختراقها جسديًا ، حسبما ذكرت مؤسسة العالم الآمن في تقرير تقرير ابريل.
تحتاج أقمار المدار الأرضي المنخفض إلى مزيد من التركيز على التشفير والأجهزة
على الرغم من هذه الثغرة الأمنية ، فإن أقمار المدار الأرضي المنخفض توفر مزايا معينة في الصراع: يوجد الكثير منها ، وتكلفتها أقل لكل قمر صناعي. يقول ويدن إن مهاجمة أو تدمير قمر صناعي “قد يكون مفيدًا ضد خصم لا يمتلك سوى عدد قليل من الأقمار الصناعية عالية القيمة ، ولكن إذا كان للعدو المئات أو الآلاف ، فإن تأثيره سيكون أقل بكثير”. يوفر LEO أيضًا خيارًا جديدًا: إرسال رسالة إلى أقمار صناعية متعددة للتأكيد لاحقًا. لم يكن ذلك ممكنًا عندما غطى عدد قليل من أقمار GEO الأرض ، ولكنه وسيلة لتعاون أجهزة الإرسال والاستقبال لضمان وصول رسالة سليمة. وفقًا لمحادثة 2021 من قبل Vijitha Weerackody ، مهندس اتصالات في جامعة جونز هوبكنز ، قد يكون ما لا يقل عن ثلاثة أقمار صناعية في المدار الأرضي المنخفض كافياً لمثل هذا التعاون.
وحتى من خلال العمل معًا ، قد يحتاج مصممو كوكبة المدار الأرضي المنخفض في المستقبل إلى الاستجابة بهوائيات محسنة ، واستراتيجيات راديوية تشمل تشكيل الطيف المنتشر ، والترشيح التكيفي الزماني ومجال التحويل. تأتي هذه الاستراتيجيات بتكلفة نقل البيانات وتعقيدها. لكن قد لا تزال هذه الإجراءات تتعرض للهزيمة من خلال إشارة قوية بما يكفي تغطي النطاق الترددي الكامل للقمر الصناعي وتشبع أجهزته الإلكترونية.
يقول مانوليس: “هناك حاجة لتقديم طبقة تشفير قوية”. “في الوقت الحالي لا توجد معايير جيدة تركز على الاتصالات للأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض. يجب على الحكومات الضغط من أجل المعايير في هذا المجال بالاعتماد على التشفير “. لدى المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا مسودة إرشادات للأمن السيبراني التجاري عبر الأقمار الصناعية أخذها مشغل الأقمار الصناعية OneWeb في الاعتبار عند تصميم كوكبة المدار الأرضي المنخفض ، كما يقول ويندي نج ، المهندس الرئيسي لأمن السحابة في OneWeb: أعمل على التحدث إلى بائعين ومؤسسات مختلفين للتأكد من أنهم يفعلون الشيء الصحيح “.
يستخدم OneWeb التشفير في قنوات التحكم الخاصة به ، وهو أمر يفشل فيه عدد مذهل من مشغلي الأقمار الصناعية ، كما يقول يوهانس ويلبولد ، طالب الدكتوراه في جامعة الرور في بوخوم بألمانيا. يقدم Willbold تحليله لأمن ثلاثة أقمار صناعية بحثية في 22 مايو 2023 في ندوة IEEE حول الأمن والخصوصية. يقول: “الكثير من الأقمار الصناعية ليس لديها إجراءات أمنية مباشرة لحماية الوصول في المقام الأول”.
إن تأمين الأبراج المتزايدة من أقمار المدار الأرضي المنخفض أمر مهم للقوات الموجودة في الخنادق ، والمستثمرين في أي مسعى فضائي ، وأي شخص يسافر إلى مدار حول الأرض أو ما وراءه ، وكل شخص على الأرض يستخدم الأقمار الصناعية للتنقل أو التواصل. يقول إنغ من OneWeb: “آمل أن يكون هناك المزيد من المبادرات حيث يمكننا أن نجتمع معًا ونتشارك أفضل الممارسات والموارد”. ويلبولد ، الذي شارك في تأسيس ورشة عمل أكاديمية حول أمن الأقمار الصناعية ، متفائل بأنه سيكون هناك: “إنه لأمر مدهش بالنسبة لي عدد الأشخاص الموجودين الآن في هذا المجال ، وعدد الأوراق التي قدموها.”
