Half the truth is often a great lie.

網絡電子戰中的無線電波監聽與密碼破譯

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【導讀】無論是哪個國家,都在一方面想方設法對敵國或假想敵國進行監聽,另一方面盡力避免本國遭受監聽,并通過加密等措施防止通信內容被監聽后泄漏。本文主要從技術角度對無線電波監聽、通信內容的加密與破譯等活動進行深入分析,認為任何新技術與新武器在今后都不可能永遠無敵。各國都在追求不易遭到監聽的通信網絡或不易被破解的密碼技術,但同時這些又會成為努力研發對抗手段的動力,攻擊方與防御方永遠都在進行相互博弈。

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在2018年的“環太平洋”演習中,中國海軍沒有受到邀請參加演習,卻向演習區域派出了1艘“東調”級偵察船,其目的不言而喻。

冷戰時期,通常日美或北約各國的海軍只要實施演習,蘇聯的偵察船或名為拖船、實際上是偵察船的船舶就會緊緊尾隨,監聽參演艦船雷達等電子探測裝備發出的無線電波,或撿拾和搜集參演艦船上丟下的垃圾,查找其中是否會包含有與重要情報相關的線索。

撿拾參演艦船上丟下的垃圾與本文主題無關,故暫且不提,此處重點論述無線電波的監聽。筆者的口頭禪是“無線電波是堵不住的”,實際上根本無法避免從天線發出的無線電波廣泛向外傳播的事態。因此,在無線電波傳輸的過程中,如果有誰事先準備好天線和接收機,就能對此進行監聽。“如果無線電波無法設防,有線傳輸的情況又會怎樣?”這個問題誰都會考慮。但是,即使是有線傳輸也不能馬虎,現在已經出現了一些傳輸線路被安裝竊聽器的事例。

監聽對象并不僅限于通信。如果能夠監聽和解析對方雷達發出的無線電波,就可通過進行干擾等方式采取電子對抗措施。

這種監聽系統搜集到的情報被統稱為“SIGINT”(信號情報)。如果監聽對象是通信,則稱為“COMINT”(通信情報);如果監聽對象是雷達之類的電子器材,則被稱為“ELINT”(電子情報)。無論是哪個國家,都在一方面想方設法對敵國或假想敵國進行監聽,另一方面盡力避免本國遭受監聽。古時候日本曾經有“忍者”潛入房間天花板內竊聽敵首領等的交談內容,不知道這是否可被分類為“SIGINT”?

受頻率與天線影響的無線電波監聽活動

首先從信號情報的主角——無線電波開始進行分析。雷達和通信都利用無線電波,兩者在這一點上并沒有什么不同,但監聽后的處理方式不同,本文暫且歸到一起進行分析。

上文中已經提到“無線電波是堵不住的”,但無線電波的傳輸范圍因頻率等因素而異。基本上無線電波頻率越低衰減越小,因而可傳送到遠方,能夠在較廣范圍內對其進行監聽。此外,頻率較低的無線電波由于存在電離層引起的反射或沿地表進行傳輸,因而會到達水平線和地平線以外的距離。

除此之外,天線的指向性也影響了無線電波的傳輸范圍。如果是無指向性(也稱為“全指向性”)天線,則可向所有方向均勻地發射無線電波,另外還存在具有指向性、只向特定方向發射無線電波的天線。

如果是“一對一”的通信,相互之間知道對方在哪里,則可利用指向性天線進行聯絡。但是,一般情況下都是“一對多”或者“多對多”通信,不得不利用無指向性天線,無論陸地、海上還是空中都是這種情況。

衛星通信需要突破電離層,與位于太空的通信衛星進行聯絡,因而頻率較高,波束較窄。如果不事先在狹窄的波束范圍內設置天線,就無法進行監聽。正因為如此,衛星通信不易遭受監聽。不過,與向衛星發送信號的上行鏈路通信相比,從衛星發出信號的下行鏈路通信波束較寬,并非完全不會遭到監聽。

說句題外話,一般來說衛星通信下行鏈路的頻率比上行鏈路低,這是因為衛星電力供給能力有限,難以提高信號發射功率。即使考慮到信號的衰減想要提高發射功率也仍存在限制,因而采用降低頻率控制衰減的方式,從而導致下行鏈路的頻率變低。

言歸正傳,短波通信與衛星通信相反,是典型的“無法設防”的通信方式。由于通過在電離層進行反射到達遠處,因而是典型的遠距離、視距外通信方式。反過來,短波通信也因此擴大了能夠被監聽到的范圍。如果進行單純的計算,無線電波可到達的距離變成兩倍后,可接收信號的范圍將擴大4倍。不過,必須要注意到由于通過反射進行信號傳輸的關系,中途會存在通信盲區。此外,電離層的情況也會根據不同的時間段出現變動。

用于航空無線電通信或在陸上和海上近距離戰術通信的超短波與微波處于中間狀態。由于一般情況下使用無指向性天線,從信號發射源來看可全方位進行監聽,但由于沒有電離層引起的反射,只能在視距內利用。反過來說,如果不在視距內,就無法進行監聽。如果想要監聽正在實施演習的艦隊內部相互之間的VHF和UHF無線通信,基本上就必須接近到目標艦隊能夠看得到的距離。

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有線通信方式

由于無線電波無法設防,因而不可能在物理上阻止對無線通信的監聽。與此相反,如果是有線通信,信號在電線中傳輸,被監聽到的可能性就會降低。說是這樣說,但實際上并非如此。這是因為并不能絕對做到電線被物理隔絕后,其他任何人都不能接觸。

例如,“齊默曼電報”經常被作為第一次世界大戰中“信號情報”的知名案例提起。“齊默曼電報”指的是當時德國外交大臣亞瑟·齊默曼向墨西哥政府發送的一封電報,英國的情報機構截獲了這份電報,并巧妙地用于促使美國參戰。

“齊默曼電報”的內容與英國利用這份電報的詳細經過等均是題外話,此處暫且不談,問題是英國如何能夠截獲到這份電報?德國使用的不是無線電通信,而是利用海底電纜的通信方式。出現問題的線路是美國的通信網,從柏林到丹麥的哥本哈根,再經英國通過海底電纜到達美國。由于該線路經過英國,英國對此采取了竊聽活動。德國暫且不談,但英國連美國的通信都在一直進行監聽,如果此事被曝光一定會引起極大的騷動。因此,英國不能公開說“監聽了通信”。
英國在第一次世界大戰開戰時,利用“泰爾康尼亞”號海底電纜敷設船將德國使用的海底電纜切斷。為此,德國不得不使用經由英國的通信線路。

有線通信需要電線這種物理媒介,但電線通過哪里卻是個問題。即使是本國內部的通信線路,如果在中途利用經過公海的海底電纜,同樣不能大意。例如,蘇聯軍隊曾經設置了橫跨鄂霍次克海、連接堪察加半島和本土的海底電纜,而美國海軍派出潛艇安裝了竊聽器。

如果是民用電信電話公司擁有和運用的通信線路又會怎樣?即使是民營企業經營的通信業務,國家大多也會以某種形式施加影響。如果是在戰時,通信公司擔負通信監聽任務也并沒有什么不可思議。

并非“專用線路”的“專線”

防止以有線通信為目標的監聽,最佳手段是利用沒有第三方介入的物理意義上的專用線路,但這種方式需要耗費大量資金和人力,并且即使開通了專用線路也并非是一勞永逸,而是需要根據技術的進步和器材的老化程度進行維護管理和更新。結果無論做什么事都得靠行家,離不開專業的通信經營者。就連美國也是與民營通信經營者簽訂合同,確保通信線路暢通。當然,真正重要的業務還是需要依靠運用者自身配備物理上的專用線路。

有人會認為“民營通信公司一直在提供專線服務”,但請注意上面的小標題。即使說是“專線服務”,也并非是為每個用戶準備物理意義上獨自占有的線路。
此處所說的“專線”是相對于一般來說的類似電話網的公眾線路而言,指的是可限定于特定客戶之間的通信線路。不是只連接兩處地址的點對點通信(P-P),而是多個地址構成星狀或樹狀的點對多點(P-MP)通信線路。無論是哪種形式,一般都是多個用戶共用1條物理專線。即使是共用1條線路,也并不相互干擾,因而從利用方的角度來看似乎是專有這條線路。如果按照客戶的數量設置真正意義上的專線,費用、設備和場所都將劇增。

例如,日本一家名為“hogehoge電信”的空中架設通信公司負責提供覆蓋東京-名古屋-大阪的專線服務。在這種情況下,首先“hogehoge電信”公司需要準備連接東京-名古屋-大阪的主干通信線路,然后針對接受專線服務的顧客,以從主干通信線路分支的形式將線路拉到用戶的地址。在基干通信網部分,通信公司使多個用戶的通信實現多重化,再通過相同的線路匯總。

這樣一來,利用東京-名古屋之間專線服務的用戶與利用東京-大阪之間專線服務的用戶在東京-名古屋之間共同使用相同的主干通信網。這種做法可降低提供服務方的成本,并且(看起來似乎)可確保用戶方能夠獨自利用專線。

如果從利用者的角度來看,這并非是物理上的專用線路,但如果從通信經營方的角度來看,因為使用了物理上專用的通信線路,因而專用服務具有優越的穩定性。即使共用主干通信網部分,共用的通信用戶之間也不會出現相互干擾的情況,與非特定用戶的大量利用者共享的公眾通信網(普通的電話網和互聯網)相比,安全性更高。

于是就會得出這樣的判斷:即使要對通話進行加密,是不是也可以多少降低一下復雜程度?如果降低加密的復雜程度也不會存在什么問題,就可以減少加密和解密所需要花費的工夫,從而提高效率。不過,還要考慮到盡管是利用海底電纜的通信,如果大意了也會被監聽。

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