美军通信网络与信息系统发展研究

美军通信网络与信息系统发展研究

孙明伟,高嵩,王一丁

中国人民解放军31401部队 辽宁沈阳 110024

摘要：科技创新能力日益成为衡量一个国家综合国力和军事实力的决定性因素，也对武器装备发展和未来作战模式产生深远影响。以美国为代表的军事强国高度重视并长期坚持科技创新。通过制定战略规划、加强顶层管理、加快项目布局，多措并举推进科技创新，加快前沿科技创新成果军事化应用。

关键词：美军通信网络；信息系统；发展

前言

美国国防部太空发展局（SDA）2019年7月提出建设由“传输层、跟踪层、监管层、战斗管理层、导航层、威慑层、支持层”组成的“国防太空架构”（NDSA），强调基于威胁驱动更多地利用微小卫星星座，更换现有的小型、大型和高价值卫星，以提高天基系统的灵活性和抗破坏能力。此外，美国还在大力加强与盟国和商业公司的太空合作，意图构建“混合太空架构”，进一步提升太空体系弹性，应对未来可能的太空高端战争。传输层作为美国下一代七层太空架构，乃至“混合太空架构”的核心和骨干，将以数百颗搭载光学星间链路、Link－16数据链、综合广播服务（IBS）、Ka通信、战斗管理指挥控制与通信（BMC3）模块等载荷的微小型卫星构成的扩散性星座为主，正在大力建设之中，具备重大作战价值。

1作战运用分析

太空发展局要求太空网状网络必须能在两种模式下运行：一是正常模式，即网络正常运行而且没有任何中断，网络可以使用标准的路由协议或预先计算好的路由；二是恢复模式，即网络的一部分由于故障或对抗性攻击而降级或无法运行，网络必须能够使用剩余的网络元素检测中断、恢复和自我修复。支持对先进导弹的智能防御作战美军将高超声速导弹、洲际弹道导弹等先进导弹视为重大威胁，正在“天基红外系统”等高轨导弹预警架构的基础上建设中低轨的导弹跟踪架构——跟踪层，然而跟踪层对先进导弹的跟踪识别后，必须利用传输层提供的Link－16等能力，将威胁信息近实时传输给一体化防空和导弹防御（IAMD）网络，实现智能多层拦截，最大程度提升反导防御作战成功率。实现对天基情报的智能处理分发美军“国防太空架构”所有建设的天基资产均将搭载BMC3模块，组成战斗管理层，其中传输层星座是信息智能处理和分发的核心。未来美军乃至盟国、商业建设的低轨星座，均可通过光学星间链路直接将遥感、预警、气象等天基情报数据发送至传输层利用BMC3进行智能处理后，再通过IBS等能力分发至对应的情报处理中心或战术部队，不必再经过传统的情报传输网络，从而实现多源情报融合下的智能作战。

2美军网络安全相关技术进展及重点项目

2.1人工智能和自动化领域

a）通过“数据决策计划”、“数据扩展计划”等基于安全大数据，突破关键技术、开展大型技术项目、研发相关装备，不断提高基于环境的、动态的和整体的网络威胁感知能力，提高从全球角度发现、识别、理解、分析和应对安全威胁的能力。b）美国防高级研究计划局（DARPA）在“人机探索网络安全”（CHESS）项目下设立“防止漏洞利用的合并分析”（MATE）项目，寻求创建自动化的程序分析技术，开发可扩展的人-机混合网络漏洞评估工具，从而实现以下目标：通过自动化相关程序减少单调、耗时的任务，提高网络专家的工作效率；通过开发补充自动推理的新技术，使非专家能够致力于漏洞评估工作；开发先进的自动化工具，对特定应用程序需求的关键漏洞进行检测。c）在网络安全主动防御智能检测方面，基于人工智能的安全威胁自主学习检测，可大幅度地缩短网络攻击检测时间，根据威胁等级、种类和行为自动制定处置方案，同时还能实现自主学习，不断地提高防御水平。美国陆军寻求为战术通信网络开发具有自主网络保护能力的人工智能和机器学习产品。相关技术包括：自主检测和修复已知网络漏洞；网络和主机错误配置的自我识别和纠正；自主检测已知和未知恶意软件样本方法；红队自主决策引擎工具和方法。d）美国防高级研究计划局开展的“保证人工智能抵御欺骗的稳健性”（GARD）研发项目，旨在开发新一代对机器学习模型对抗性欺骗攻击的防御，对对抗性人工智能的新型响应将集中于3个主要目标：可防御机器学习理论基础的发展和基于其的新防御机制的词汇；在各种环境中创建和测试防御系统；构建一个新的测试平台，用于表征相对于威胁场景的机器学习防御性。e）美国防高级研究计划局开展的“快速攻击检测、隔离和特征识别系统”（RADICS）研发项目，与国土安全部、能源部、国民警卫队和电力公司开展合作，利用人工智能来解决电网网络安全问题，在电网发生网络攻击时实现“黑启动”恢复。总之，相关人工智能和自动化技术成果已在C4ISR、网络攻防和电子战等领域中开展了初步的技术应用和试验验证。

2.2区块链领域

a）美利坚合众国高级研究和规划局专注于推进RACE项目，开发非对称加密和通信混淆技术以实现匿名，并形成具有攻击韧性的移动通信网络环境；同时，结合分布式计算和通信协议封装方法，开发提供安全消息服务的移动电话应用程序和分布式系统。b）分布式体系结构高支持军事网络系统（HACMS）项目旨在开发一种新的分布式网络体系结构，以改进任务关键型嵌入式计算系统，并为军事系统建立高安全支持能力。c）“无钥匙签名”基础设施（KSI）使用区块链技术检测隐藏在网络中的高度持久性威胁，并及时跟踪系统被查看或篡改，有效确保网络安全。d）美国国防信息系统局联合美国网络司令部（CyberCommand）要在国防部保密网络秘密互联网协议路由网络（SIPRNet）中试用零信任联网技术。e）美空军寻求将区块链技术应用于空军网络系统与流程，以实现通信保护、数据安全和任务的有效性。总之，相关区块链技术成果正在战场通信、关键国防网络基础设施等领域探索。

2.3网络安全领域

2.3.1网络主动防御技术

该技术是指利用人工智能、机器学习等技术，一种使设备和系统能够自动检测网络威胁、发现网络漏洞、自动修复漏洞、抵御攻击并减少设备和系统攻击面的技术。美国军方专注于“漏洞缓解”、“航空电子网络漏洞”等项目，这些项目可以优化军事系统和软件的冗余代码，快速挖掘和修复系统的内部漏洞。随着这项技术的不断发展，它可以有效缩短漏洞挖掘和修复的时间，减少针对系统漏洞的各种高级持久性威胁，并减少攻击区域。

2.3.2网络弹性与机动技术

该技术是指一种使网络资源处于动态状态，增加对手发起网络攻击的难度和成本，并能在网络攻击下确保系统正常运行，或从攻击中快速恢复的技术。美国陆军的“变种网络技术”和雷神公司的“网络机动指挥与控制技术”都属于这一技术范畴。

2.3.3网络态势感知分析技术

目前，军方正在重点开展“网络态势感知统一平台”和“联合指挥控制系统”等项目，以增强美军多领域作战能力，缩短作战规划时间，提高决策质量和速度，缩短网络作战的杀伤环节，提高网络运行节奏的效率。美国防高级研究计划局开展的“网络安全威胁预测的验证证据和弹性设计”（VERDICT）项目，旨在跨多种计算机系统工作，如用于智能设备、船舶、飞机、发电厂和风电场的计算机系统等。其目标是为系统提供对网络威胁的全面评估，对暴露的漏洞提出解决建议，并预测即将发生的攻击的可能性。

结束语

美军“国防太空架构”传输层卫星的建设虽然仍处在初级阶段，但以2年为周期进行技术更新迭代，将使不断革新的太空能力第一时间提供给一线部队并获得关键反馈，从而使星座能力得到螺旋提升。同时，作为美军下一代弹性抗毁太空体系的基础和关键，传输层也必将体现出巨大的作战能力，本文虽归纳了其五大核心运用，未来还需要继续结合具体场景进行深入分析和仿真验证，量化其体系贡献率。

参考文献：

[1]蔚保国,鲍亚川,杨梦焕,等.通导一体化概念框架与关键技术研究进展[J].导航定位与授时,2022,9(02):1-14.

［2］赵伟，王雨飞，王晶横.美空军航空搜救研究及启示［J］.空军军事学术，2016（1）：123-125