【探討5G時(shí)代衛(wèi)星通訊在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的應(yīng)用】衛(wèi)星通訊已經(jīng)是物聯(lián)網(wǎng)（IoT,InternetofThing）和因特網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)的重要一環(huán)。未來，隨著5G移動(dòng)通訊時(shí)代來臨以及物聯(lián)網(wǎng)不斷擴(kuò)張，衛(wèi)星必將扮演更重要的角色。

盡管地面網(wǎng)絡(luò)已足以有效應(yīng)付高峰承載，但當(dāng)遇到災(zāi)難或基礎(chǔ)架構(gòu)損毀時(shí)，衛(wèi)星就能扮演緊急救難的角色，因?yàn)樾l(wèi)星不受地面絕大部分事件的影響。所以在這個(gè)層面上，確保衛(wèi)星安全將更為重要，而且也能支持更多計(jì)劃。例如，歐盟的5G公私合營聯(lián)盟基礎(chǔ)建設(shè)(5GInfrastructurePublicPrivatePartnership，簡稱5GPPP)目前正與一些大型機(jī)構(gòu)如EUHorizon2020合作，盡可能發(fā)揮政府部門的調(diào)解能力與民間投資的力量以保障空中與地面的5G通訊。

5G衛(wèi)星在IoT環(huán)境中的效益

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是所謂的“全球局域網(wǎng)絡(luò)”(GlobalAreaNetwork，簡稱GAN)，其中衛(wèi)星數(shù)據(jù)通訊部分，則還有“寬帶全球局域網(wǎng)絡(luò)”(BroadbandGlobalAreaNetwork，簡稱BGAN)可與5G彼此互相搭配，在許多情況下為IoT帶來具體效益，尤其是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)環(huán)境。這些效益包括：降低營運(yùn)成本(OPEX)以及提供IoT管理方法，例如透過固件與軟件更新來大范圍更新及修正IoT系統(tǒng)與裝置。后者最好的一個(gè)例子就是，使用衛(wèi)星來更新IoT裝置(如自動(dòng)駕駛車輛)內(nèi)的SIM卡。這種“高效率的內(nèi)容派送”目前正在規(guī)劃當(dāng)中，其原因有幾點(diǎn)，例如：可避開電信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性與成本，讓5G裝置直接經(jīng)由衛(wèi)星來存取。能夠經(jīng)由太空來更新物聯(lián)網(wǎng)裝置，可嘉惠許多希望提高效率來降低營運(yùn)成本(OPEX)的產(chǎn)業(yè)，包括：汽車產(chǎn)業(yè)，此功能就是所謂的“固件/軟件空中下載”(FOTA/SOTA)。這同時(shí)也解決了某些載具的問題，例如無法配備移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)裝置或者必須在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)涵蓋范圍之外的偏遠(yuǎn)地區(qū)作業(yè)的船舶與空中無人機(jī)(UAV)，這些地點(diǎn)包括：大型工業(yè)園區(qū)或智能工廠的中央、偏遠(yuǎn)的道路、高海拔地區(qū)、露天礦場、開放海域等等。衛(wèi)星電話的核心功能當(dāng)中也包含了這些能力。

衛(wèi)星也是一種威脅管道

在安全領(lǐng)域，威脅(例如個(gè)人或國家)可采取的路徑或方向(亦稱為管道)就是所謂的「威脅管道」，而衛(wèi)星也是一種威脅管道。如同真實(shí)世界的各種管道一樣，衛(wèi)星這個(gè)威脅管道也是雙向的：朝上或朝下(朝向太空或朝向地面)。甚至可以朝上再橫向移動(dòng)(從地面至衛(wèi)星再到衛(wèi)星之間)以及朝下再橫向移動(dòng)(從衛(wèi)星至地面再到地面之間)。

圖1：具備5G功能的用戶設(shè)備(例如移動(dòng)電話和IoT裝置)接收來自地面核心網(wǎng)絡(luò)(CN)的衛(wèi)星無線電存取網(wǎng)絡(luò)(RAN)訊息。

大多數(shù)的衛(wèi)星基本上都是一種“直通”(pass-through)或單純的“笨管”(dumbpipe)傳輸通道，可克服地形障礙(纜線無法翻山越嶺)或成本上的限制(如發(fā)送單一訊息給大量收件人)。因此，大多數(shù)的衛(wèi)星在無線電安全方面的措施都少得可憐。所以，衛(wèi)星很可能被歹徒用來傳送惡意內(nèi)容(如惡意軟件)或用來協(xié)調(diào)聯(lián)合犯罪移動(dòng)。全球通訊衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，如Inmarsat(國際海事衛(wèi)星組織)和Iridium(銥衛(wèi)星)，皆采用修訂版本的GSMSIM卡。衛(wèi)星在這些網(wǎng)絡(luò)所扮演的功能就像地面上的GSM基地臺一樣。許多人會在電信網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星之間架設(shè)一個(gè)網(wǎng)橋，叫做「中介模塊中繼器」(IntermediateModuleRepeater，簡稱IMR)，該模塊負(fù)責(zé)將“看不見的”SIM空中管理(SIM-OTA)訊息從衛(wèi)星傳送至4G或更早期的網(wǎng)絡(luò)。許多功能來說，這個(gè)IMR在5G是不需要的，因?yàn)镾IM更新訊息可以從衛(wèi)星直接傳送至用戶設(shè)備。此外，還有一點(diǎn)值得注意的是，許多衛(wèi)星相關(guān)的無線電攻擊都是利用讓目標(biāo)衛(wèi)星過熱來達(dá)成。黑客會利用「EncyclopediaAstronautica」(太空航行百科)或其他在線目錄來挑選目標(biāo)衛(wèi)星并預(yù)測它們何時(shí)會過熱的參考依據(jù)。

攻擊類型

詐騙

各式各樣的電信詐騙，例如：國際通話費(fèi)拆帳詐騙(IRSF)，這類詐騙如果透過衛(wèi)星來聯(lián)機(jī)將獲利更高。經(jīng)由費(fèi)用極昂貴的基礎(chǔ)建設(shè)(或者利用假冒手法讓它“看似”經(jīng)由衛(wèi)星)，黑客就能增加攻擊的獲利。此時(shí)，犯罪的獲利就好比電話費(fèi)用一樣：一般的電話每分鐘只要0.03美元左右，但衛(wèi)星電話的收費(fèi)卻可高達(dá)每分鐘18美元。兩者之間的價(jià)差就是這類經(jīng)由衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)攻擊所得的獲利。(其他各種詐騙類型與相關(guān)犯罪請參閱美國通訊詐騙管制協(xié)會CommunicationsFraudControlAssociation的報(bào)告。)澳洲電信公司Telstra就曾經(jīng)發(fā)生過一個(gè)真實(shí)的案例，該公司與Iridium有漫游合作，只要將一張啟用漫游功能的TelstraSIM卡插入Iridium衛(wèi)星電話，就能撥打和接聽全球衛(wèi)星電話。由于其通話費(fèi)遠(yuǎn)高于一般移動(dòng)電話，因此這類衛(wèi)星電話詐騙的損失非?？捎^，當(dāng)然，對電信詐騙的歹徒來說也非常有利可圖。值得注意的是，當(dāng)遇到高額電信詐騙時(shí)，一般電信業(yè)者的應(yīng)對方法，大多是選定一個(gè)最方便的范圍或某個(gè)地區(qū)的電話號碼直接加以封鎖。但這樣的做法，會讓該群客戶完全失去服務(wù)，也就是所謂的「阻斷電信服務(wù)」(TDoS)。了解電信公司這種作法的歹徒，就可借助電話號碼的范圍來鎖定其想要發(fā)動(dòng)TDoS攻擊的目標(biāo)。該目標(biāo)就是歹徒希望阻斷電信服務(wù)的對象，例如符合某種條件、特定設(shè)備(如智能工廠機(jī)器人)、某一群手機(jī)、或者某個(gè)地區(qū)(如一個(gè)島國)。只要歹徒規(guī)劃周詳，受害者就完全沒有可能恢復(fù)服務(wù)。在某些情況下，阻斷服務(wù)可能嚴(yán)重到甚至讓受害者親自開車或坐飛機(jī)到電信公司要求恢復(fù)服務(wù)。在極端的案例當(dāng)中，提供服務(wù)的衛(wèi)星也可能被封鎖功能而無法提供服務(wù)。

跨衛(wèi)星攻擊

在Iridium衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，衛(wèi)星與衛(wèi)星之間會利用橫向連結(jié)(cross-link)來將資料轉(zhuǎn)傳到離地面基地臺最近的衛(wèi)星。因此，有時(shí)候歹徒的攻擊看似來自某個(gè)衛(wèi)星，但其實(shí)是來自多個(gè)衛(wèi)星，只是最后匯集到離受害者最近的衛(wèi)星而已。

濫用衛(wèi)星電話

在某些國家，持有衛(wèi)星電話是被禁止或有管制的，例如：中國、印度(只允許使用Inmarsat)、緬甸、北韓、俄羅斯(該國在2012年起要求裝置必須向政府登記，而且只能使用六個(gè)月)。衛(wèi)星電話以及衛(wèi)星通訊之所以對這些政府造成問題，正是因?yàn)樾l(wèi)星電話能突破地理限制。不論是市話或移動(dòng)電話，都必須經(jīng)由地面網(wǎng)絡(luò)來通訊，而這些設(shè)備都能被國家所管制或攔截(合法監(jiān)聽)。但衛(wèi)星電話是直接向上經(jīng)由衛(wèi)星通訊，無須跨越地表或非地球軌道網(wǎng)絡(luò)的安全管制裝置，因此無法被監(jiān)聽。如此一來，衛(wèi)星電話和衛(wèi)星通訊IoT裝置就完全不受衛(wèi)星經(jīng)過的國家所控制。衛(wèi)星通訊電信裝置事實(shí)上不需要跨越傳統(tǒng)的安全管制邊境(即使有的話也不多)。此外，合法監(jiān)聽通常需要經(jīng)過法院同意，因此受到司法作業(yè)程序的限制。聰明的歹徒會挑選那些法院監(jiān)聽令核發(fā)速度太慢的國家來作案。

攻擊情境與效應(yīng)

絕大多數(shù)的衛(wèi)星目前都已使用五年以上，因此一旦上了衛(wèi)星軌道之后，很可能就沒辦法修補(bǔ)新發(fā)現(xiàn)的漏洞。其大部分的安全機(jī)制都僅限于自我稽核，缺乏無線電安全強(qiáng)化，換句話說，與太空中的衛(wèi)星聯(lián)絡(luò)的唯一方法(也就是無線電波)其實(shí)是安全性最弱的方法。大多數(shù)衛(wèi)星可能遭到漏洞攻擊的情境包括：冒牌的地面基地臺–衛(wèi)星的操作都須經(jīng)由地面基地臺。如果地面基地臺與衛(wèi)星之間的認(rèn)證不夠嚴(yán)謹(jǐn)或者根本付之闕如，那么黑客就能輕易掌控衛(wèi)星并發(fā)送其攻擊內(nèi)容。

冒牌的衛(wèi)星——設(shè)置在一定海拔高度的犯罪設(shè)施或裝置，例如：摩天大樓頂端、高空的無人機(jī)、或是遭到駭入的衛(wèi)星，都能當(dāng)成冒牌衛(wèi)星訊號的廣播來源。如此一來，一些以衛(wèi)星訊號為基礎(chǔ)的服務(wù)(如GPS定位)就很容易遭歹徒操弄，例如讓高速公路大塞車、讓自動(dòng)駕駛車輛迷路、將衛(wèi)星轉(zhuǎn)播電視節(jié)目變成恐怖集團(tuán)的宣傳影片，或者阻礙或干擾衛(wèi)星通訊與操控。

衛(wèi)星之間的彼此信任——衛(wèi)星與衛(wèi)星彼此之間是一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，所以彼此互相信賴，而且只要是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的衛(wèi)星就不會加以防范。但由于衛(wèi)星通常不具備無線電安全強(qiáng)化功能，因此只要假冒成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的成員就能駭入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。如此可能造成的情況包括：發(fā)射假冒的無線電訊號到某些系統(tǒng)或裝置內(nèi)(如機(jī)器人、船艦、坦克、無人自動(dòng)駕駛載具以及5G網(wǎng)絡(luò))，如同伊朗捕獲美國中情局(CIA)Sentinel無人機(jī)的作法一樣，利用假的GPS訊號來造成該裝置GPS定位錯(cuò)亂，就像一些自動(dòng)駕駛車輛在遇到方向錯(cuò)亂時(shí)會自動(dòng)停止行駛并造成交通打結(jié)；或者擾亂軍用GPS訊號來破壞敵人的軍事移動(dòng)。

可能的解決之道

面對5G的復(fù)雜性、不確定性以及規(guī)模，電信產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化程度必須超越以往才行。所以，電信業(yè)的安全防護(hù)必須跟上時(shí)代演進(jìn)才能解決邊境防御派不上用場的情況。我們需要具備5G機(jī)器學(xué)習(xí)功能的安全協(xié)調(diào)統(tǒng)合技術(shù)，才能在這全天候運(yùn)作的全球數(shù)據(jù)導(dǎo)向傳輸模型當(dāng)中偵測新的威脅。這是一種風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)向的人工智能模型，目前已成功運(yùn)用在銀行與證券交易所，并有超過十年以上的歷史，同時(shí)也被修改并應(yīng)用到其他領(lǐng)域。5G的誕生將電信領(lǐng)域的復(fù)雜問題帶到了信息科技(IT)領(lǐng)域，包括原本在4G當(dāng)中完全被隔離的一整批犯罪分子。5G的時(shí)代讓電信犯罪擁有了新的攻擊管道，除了從原本的電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)動(dòng)攻擊之外，現(xiàn)在還多了衛(wèi)星這個(gè)新的管道可直接越過安全防御。一項(xiàng)未來很有潛力并足以確保衛(wèi)星通訊安全的技術(shù)是區(qū)塊鏈，這是一種被視為相當(dāng)安全的去集中式分散賬簿技術(shù)。美國國防部的國防高等研究計(jì)劃署(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，簡稱DARPA)正在研究如何利用區(qū)塊鏈來確保衛(wèi)星安全，而電信與銀行產(chǎn)業(yè)也正尋求透過這項(xiàng)技術(shù)來建立彼此之間的互通機(jī)制?；蛟S這三方皆認(rèn)同區(qū)塊鏈在確?？缁A(chǔ)架構(gòu)交易安全方面的價(jià)值，以及利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能來遏止其他不斷升高的威脅。