摘要

基于 5G/6G 的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是將安全與通信融合的網(wǎng)絡，它代表了未來網(wǎng)絡設計方向。在分析 5G/6G 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)安全的基礎上，提出了安全與通信一體化設計總體保障思路，并且提出了一種衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和安全一體化設計的總體架構(gòu)，更進一步提出了其閉環(huán)管理機制及自智成長機制，為我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設提供了設計參考。

近年來，5G/6G 和衛(wèi)星網(wǎng)絡融合的呼聲越來越高，5G/6G 作為“新基建”之首，引發(fā)了近年來經(jīng)濟的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在人煙稀少的偏遠地區(qū)或在災害應急情況下，地面網(wǎng)絡的經(jīng)濟性及抗毀性都較衛(wèi)星網(wǎng)絡差，并且維護難度大。因此，5G/6G 與衛(wèi)星網(wǎng)絡融合是解決“信息隨心至，萬物觸可及”的最佳方案。

3GPP 對 5G/6G 和衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的融合可以分為兩個階段 ：第一個階段是衛(wèi)星系統(tǒng)接入5G/6G的核心網(wǎng)，即衛(wèi)星作為接入網(wǎng)絡和傳輸網(wǎng)絡；第二階段是衛(wèi)星系統(tǒng)與5G/6G在空口技術(shù)的融合，即衛(wèi)星作為 5G/6G 的一種空口無線接入方式，至此衛(wèi)星通信空口協(xié)議與 5G/6G 空口協(xié)議融合，只需在頻段上稍作區(qū)分，衛(wèi)星基站即成為 5G/6G基站，衛(wèi)星終端也可以是普通 5G/6G 終端。

綜上，未來衛(wèi)星作為地面 5G/6G 的一種補充接入方式或者回傳方式存在，將構(gòu)建靈活的天地一體化網(wǎng)絡，實現(xiàn)網(wǎng)絡的全面覆蓋。

15G/6G 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)及安全分析

1.1ITU 提出的 4 種組網(wǎng)場景

ITU-R M.2460—“ K e y E l e m e n t s f o rIntegration of Satellite Systems into Next Generation Access Technologies”對衛(wèi)星網(wǎng)絡的應用場景、業(yè)務范圍和關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容進行了定義和分析。報告書中提出了星地融合的 4 種應用場景，如圖 1 所示。

圖 1ITU 提出的 4 種衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應用場景

（1）中繼到站。利用衛(wèi)星鏈路進一步向本地小區(qū)站點（如 3G/4G/5G 蜂窩網(wǎng)絡等）提供鏈路補充服務，使本地業(yè)務路由延長，實現(xiàn)與遠端業(yè)務互聯(lián)，并縮短時延。

（2）小區(qū)回傳。利用衛(wèi)星點對多點的多播及組播功能，將遠端業(yè)務更好地傳送到本地網(wǎng)絡，同時將本地網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星傳送到遠端。

（3）動中通。衛(wèi)星鏈路提供與高速運動中的飛機、車輛、火車和船只的連接，利用衛(wèi)星覆蓋范圍廣的性能，實現(xiàn)高效鏈接。

（4）混合多播場景。在混合多媒體通信應用場景中，衛(wèi)星可以向家庭和辦公室提供服務，補充地面寬帶以外的內(nèi)容，解決地面網(wǎng)絡負載過重的問題，支持海量用戶的寬帶業(yè)務需求（視頻、高清電視以及其他非視頻數(shù)據(jù)）。

基于上述業(yè)務描述及網(wǎng)絡拓撲圖，衛(wèi)星網(wǎng)絡在 ITU 的 4 種組網(wǎng)場景中承擔著重要的無線回傳網(wǎng)絡角色，負責將本地數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h端或?qū)⑦h端數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜?。綜合 5G/6G 無線通信技術(shù)中的接入回傳一體化設計，基于 5G/6G 技術(shù)的衛(wèi)星網(wǎng)絡很容易實現(xiàn)該類傳輸，5G 衛(wèi)星融合傳輸視圖如圖 2 所示。

圖 2 5G 衛(wèi)星融合傳輸視圖

在這種場景下，一部分信號通過回傳終端（可以是 5G 終端、模組）接入到衛(wèi)星基站，將地面數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星傳輸?shù)竭h處；另一部分地面終端直接鏈接衛(wèi)星傳輸信號。最終衛(wèi)星通過饋電鏈路（5G 空口鏈路）將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婧诵木W(wǎng)，饋電鏈路復用 5G 空口通信方式，接入地面5G 基礎設施。

對于 6G 來說，接入和回傳一體化設計也是類似的原理。

1.25G/6G 衛(wèi)星組網(wǎng)安全問題分析

5G/6G 與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)融合的天地一體化網(wǎng)絡，可以繼承目前 5G 的安全措施，但是由于空基網(wǎng)絡的引入，衛(wèi)星的移動性又埋下新的安全隱患。

基于 5G/6G 制式發(fā)展衍生的天地一體化網(wǎng)絡架構(gòu)如圖 3 所示，衛(wèi)星接入與地基接入互補，地基控制與星上控制并存。接入終端可以是雙連接，分別接入衛(wèi)星基站和地面基站，核心網(wǎng)絡也可以有空基的核心網(wǎng)絡和地面核心網(wǎng)絡，隨著業(yè)務發(fā)展需要，還可能兩部分核心網(wǎng)逐步融合成一張大網(wǎng) 。

（1）終端安全更細分。在天地一體化網(wǎng)絡中，終端既可以接入到衛(wèi)星基站，也可以接入到地面基站，存在兩條業(yè)務并存的情況，而這兩條業(yè)務的業(yè)務屬性、安全等級可能存在不同。對不同等級的安全業(yè)務需要注意訪問控制問題；由于兩條鏈路不同步，終端需要為這兩條業(yè)務調(diào)用不同的資源來處理、存儲；終端需要對其軟件、硬件進行精細化的安全管理。此外，針對天基、地基業(yè)務，終端需要分別維護其信令、數(shù)據(jù)的完整性保護、機密性保護，以及移動安全管理等問題，大大增加了終端處理的復雜性。

圖 3天地一體化網(wǎng)絡架構(gòu)

（2）接入安全更自治。天地一體化組網(wǎng)網(wǎng)絡覆蓋范圍更加寬廣，接入網(wǎng)絡高度異構(gòu)，安全自治性更強。不同的物件組、人群組，需要建立獨立的具有自己安全屬性、排他性的小組（小簇）；利用小區(qū)、扇區(qū)、異構(gòu)級聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)合安全手段進行空口接入控制，異構(gòu)接入天地一體化網(wǎng)絡架構(gòu)如圖 4 所示，為這些小區(qū)分配獨立的接入資源、小組 ID、小組密鑰，以及小組數(shù)據(jù)保護方式。并且，衛(wèi)星的移動性將帶來接入網(wǎng)絡資源的頻繁切換，增加業(yè)務安全處理的復雜性的后果。

圖 4異構(gòu)接入天地一體化網(wǎng)絡架構(gòu)

（3）網(wǎng)絡安全高協(xié)同。星地融合網(wǎng)絡具有新型、復雜的應用場景，以及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)時變，混合業(yè)務復雜多變的特征，天地一體化應用業(yè)務如圖 5 所示。因此，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)調(diào)度呈現(xiàn)高動態(tài)，并且多個鏈路段高度協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)高復雜的路由，共同完成端到端業(yè)務及安全保障。

圖 5天地一體化應用業(yè)務

2衛(wèi)星網(wǎng)絡安全一體化體系研究

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展，空間網(wǎng)絡與地面網(wǎng)絡一體化融合演進，實現(xiàn)應用業(yè)務的融合、網(wǎng)絡架構(gòu)的融合、核心網(wǎng)的融合，通過天地協(xié)同的資源調(diào)度實現(xiàn)資源按需分配、數(shù)據(jù)最優(yōu)流轉(zhuǎn)，構(gòu)建覆蓋全球的天地一體化網(wǎng)絡，實現(xiàn)用戶無感的自配置、自修復、自優(yōu)化的網(wǎng)絡是未來網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展趨勢。

在這樣的網(wǎng)絡規(guī)劃前景下，網(wǎng)絡代際效應明顯，安全措施亟待革新，而不僅是遵循傳統(tǒng)的方式，待網(wǎng)絡建成之后再簡單疊加上安全產(chǎn)品，被動采用通信 / 安全“兩張皮”的建設模式，這樣的模式在高動態(tài)的網(wǎng)絡架構(gòu)下將舉步維艱，逐步被淘汰。

搭乘網(wǎng)絡大融合的風向，安全也需要與網(wǎng)絡融合，進行一體化設計 。安全成為網(wǎng)絡的內(nèi)生因子，內(nèi)化到網(wǎng)絡的計算、存儲等資源中，最終成為網(wǎng)絡資源的一種構(gòu)成因素，與網(wǎng)絡共成長；安全服務化，按網(wǎng)絡需求共編排。

2.1衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)安全保障總體思路

暢想未來 5G/6G 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及業(yè)務應用場景，設計衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)安全保障底座。以 5G技術(shù)為始，面向 6G 的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將徹底向星地融合的新型一體化網(wǎng)絡演進，呈現(xiàn)自配置、自修復、自優(yōu)化等多個特性。

2.1.1重構(gòu)安全資源

天地融合網(wǎng)絡將在共享的網(wǎng)絡基礎設施上，同時為公眾用戶、行業(yè)用戶和特殊用戶提供差異化的網(wǎng)絡服務。這意味著需要組合多樣化的資源滿足差異化的需求，資源共享、統(tǒng)一編排資源，對資源進行分級的安全保護，防止側(cè)信道攻擊及威脅擴散。需要將傳統(tǒng)統(tǒng)一、固化的安全資源根據(jù)需求顆粒化，變?yōu)閯討B(tài)、異構(gòu)、冗余的安全資源，便于網(wǎng)絡根據(jù)不同的需求選取及重組。安全資源分級化、全資源服務化，滿足同一安全等級的安全資源可復用：當業(yè)務開始時，某些安全資源被占用；當安全業(yè)務結(jié)束時，安全資源被釋放，能夠被重組完成其他安全任務。

2.1.2網(wǎng)絡內(nèi)生安全因子

面對各種差異化的應用，按需對安全資源塊和網(wǎng)絡資源塊進行分配、編排完成任務。要做到這一點，需要將安全因子以一種服務的方式植入到網(wǎng)絡整體中。首先，根據(jù)需求整合安全硬件實體與網(wǎng)絡硬件實體，使其在處理器上融合適應未來網(wǎng)絡發(fā)展；其次，對安全硬件“細粒度”組件化拆分，然后將每個組件進行服務化封裝，以降低安全功能之間的耦合性、可重用率；最后，采用軟件定義安全服務功能為用戶應用系統(tǒng)提供多種虛擬化安全服務，通過定義實現(xiàn)與其他網(wǎng)絡安全互通。

2.1.3統(tǒng)一身份與信任體系

5G/6G 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)打造全移動和全連接的數(shù)字化社會，面向未來 VR/AR、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、智慧遠洋、無人沙漠、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛、智能家居、智慧醫(yī)療、無人機、應急安全，等等。因此，在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中，參與的角色更加復雜 。不僅包括2G/3G/4G 中的業(yè)務提供商、網(wǎng)絡運營商、設備商、終端用戶，還包括邊緣計算服務、物聯(lián)網(wǎng)服務平臺等專用業(yè)務系統(tǒng)、云平臺運營商、終端使用者和終端擁有者等一系列新的角色，因此，5G/6G 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)中各生態(tài)系統(tǒng)變得更加復雜。需要定義安全框架刻畫 5G/6G 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的各種角色，并制定角色間的安全邊界和承擔的安全任務，從而建立一個信任模型貫穿端到端的業(yè)務系統(tǒng)，將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)這個分段式的網(wǎng)絡合成一個有機的整體。

2.2安全總體架構(gòu)

綜上，本文提出一種基于密碼的 5G/6G 的天地一體化網(wǎng)絡安全架構(gòu)，如圖 6 所示。第一層為安全支撐層，包含密碼資源池、身份管理、安全策略、安全服務、安全存儲資源、安全計算資源，安全基因內(nèi)置到網(wǎng)絡資源中，支撐網(wǎng)絡構(gòu)建；同時，建立端到端統(tǒng)一身份和信任體系，提供基礎設施可信以及身份、數(shù)據(jù)可信的信任體系。第二層為安全服務層，利用第一層的資源構(gòu)建終端安全服務、接入安全服務、網(wǎng)絡安全服務、移動安全服務，為網(wǎng)絡各個節(jié)點提供分級安全保障。第三層為全網(wǎng)安全層，形成天地一體化的閉環(huán)安全體系，高動態(tài)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的終端、網(wǎng)元、邊界達到全網(wǎng)一體化安全，最終以內(nèi)置安全因子為基礎構(gòu)建自感知、自成長的安全網(wǎng)絡。

該架構(gòu)中將數(shù)字化、可重構(gòu)的密碼技術(shù)作為一種網(wǎng)絡基因，植入到網(wǎng)絡底層，隨網(wǎng)絡共同編排、成長，構(gòu)建網(wǎng)絡的“先天免疫”，同時隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，密碼技術(shù)也共同學習發(fā)展，最終實現(xiàn)安全技術(shù)的“后天成長”。

圖 65G/6G 天地一體化網(wǎng)絡安全架構(gòu)

2.2.1閉環(huán)管理

基 于 5G/6G 天 地 一 體 化 網(wǎng) 絡 安 全 架 構(gòu)，安全資源與網(wǎng)絡資源統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一服務、統(tǒng)一編排。圖 7 抽象出了安全網(wǎng)絡資源的閉環(huán)管理過程。利用密碼態(tài)勢感知技術(shù)，安全資源能夠根據(jù)網(wǎng)絡需求、網(wǎng)絡變化提供動態(tài)調(diào)整，為打造未來自智的衛(wèi)星互聯(lián)安全網(wǎng)絡提供可支撐。

圖 75G/6G 天地一體化網(wǎng)絡安全資源的閉環(huán)管理

2.2.2密碼筑基，后天成長

從 2G 時代起，密碼技術(shù)就與通信技術(shù)共同存在，并且隨著 3G/4G/5G 技術(shù)的發(fā)展逐步發(fā)展，5G 時代，密碼更是通過主認證技術(shù)、二次認證技術(shù)、通信技術(shù)、Oahth2.0，以及機密性和完整性保護等技術(shù)保障通信基礎設施的安全。其應用大多在某些關(guān)鍵流程開始之前進行身份認證，作為獲取資源的一種準入技術(shù)，機密性保護及傳輸加密技術(shù)在現(xiàn)網(wǎng)中很少會開啟，原因在于安全影響了網(wǎng)絡效率，大大拉低了頻譜利用率。

然而，隨著網(wǎng)絡容量和利用率的提高，網(wǎng)絡安全問題必將層出不窮，攻擊者不斷破壞企業(yè)和個人的數(shù)據(jù)安全，得到眼中的“財富”。

因此，5G/6G 融合的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在設計之初就需要考慮安全代價與網(wǎng)絡性能的問題。將密碼底層數(shù)字信號處理邏輯單元與網(wǎng)絡資源底層的計算邏輯單元、存儲邏輯單元聯(lián)動設計，最大限度地發(fā)揮服務器硬件效能。如此才能適應衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)資源受限及高動態(tài)的屬性，將密碼作為網(wǎng)絡質(zhì)量的因子，與網(wǎng)絡資源共編排，與網(wǎng)絡共重構(gòu)，隨著網(wǎng)絡共自智，共成長。

3結(jié)語

5G/6G 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是一種天、地、海、空逐步融合的網(wǎng)絡，是一種 DOICT 融合的網(wǎng)絡，更是一種安全與通信融合的網(wǎng)絡及未來網(wǎng)絡發(fā)展的方向。本文提出的以密碼為基礎的衛(wèi)星網(wǎng)絡安全架構(gòu)將安全因子筑基于網(wǎng)絡基礎設施層，協(xié)同編排，靈活調(diào)度打造安全的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)絡。

未來，以本文提供的架構(gòu)為參考，安全服務于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的終端層、接入層、傳輸層、應用層，打造端到端天地一體化安全服務體系，為衛(wèi)星通信保駕護航。

審核編輯：湯梓紅