密碼學家或能防止衛星碰撞

軌道中數千顆商業和間諜衛星帶來了持續的協調挑戰——但令人驚訝的障礙是隱私

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2009年2月,美國的“銥星33號”衛星與俄羅斯的“宇宙2251號”衛星相撞,瞬間摧毀了兩顆通訊衛星。根據當時地面望遠鏡對銥星和宇宙衛星的跟蹤,兩者本應擦肩而過,但即使來自其中一顆衛星的機載儀器資料也會講述一個不同的故事。為什麼運營商沒有使用這些位置資訊?

軌道資料實際上是被嚴守的秘密:衛星所有者將他們在軌資產的位置和軌跡視為私有的。公司擔心失去競爭優勢——分享精確的定位可能有助於競爭對手確定他們的能力範圍。與此同時,政府擔心披露可能會削弱國家安全。但即使是輕微的碰撞也可能造成數百萬美元的損失,並將碎片送入其他衛星和載人航天器(如國際空間站)的軌道,這就是為什麼銥星-宇宙衛星的碰撞促使該領域的從業者找到解決這一秘密問題的即時方案。

在目前的工作解決方案中,世界四大衛星通訊提供商已與一家值得信賴的第三方——Analytical Graphics公司合作。該公司彙總他們的軌道資料,並在衛星處於風險之中時向參與者發出警報。然而,這種安排要求所有參與者對第三方保持相互信任,但隨著更多參與者進入該領域並將更多衛星發射到軌道,這種情況通常難以或不可能安排。


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現在,專家們正在考慮密碼學,它可以消除相互信任的需要,這可能是一個更好的選擇。在20世紀80年代,專家們開發了演算法,允許多人在不洩露任何秘密的情況下聯合計算私人資料的功能。2010年,DARPA(美國國防高階研究計劃局)委託密碼學家團隊應用這項技術來開發所謂的安全多方計算(MPC)協議,用於衛星資料共享。在這種方法中,每個參與者將專有資料載入到自己的軟體中,然後根據公開指定的MPC協議來回傳送訊息。協議的設計保證了參與者可以計算出期望的輸出(例如,碰撞的機率),但僅此而已。而且由於協議設計是公開的,任何參與者都可以編寫自己的軟體客戶端——所有各方無需彼此信任。

目前,密碼學在軌道資料方面的一個缺點是速度。計算兩顆衛星之間碰撞的機率需要大量的計算:不安全的計算只需毫秒,而這些協議在通用硬體上執行時需要90秒。然而,隨著計算能力的提高,MPC協議將變得更實用。現在,DARPA的工作即將結束,一個概念驗證演算法已經準備就緒。目前,沒有人實際使用這些協議,但密碼學家正在尋找該技術的採用者。

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