为卫星通信加密

撰文｜布雷特·海明威（Brett Hemenway）比尔·韦尔泽（Bill Welser）

翻译｜郭凯声

安全多方计算协议既可保证太空中数千颗卫星互不相撞，又可以保证各卫星轨道数据不会泄露。

2009年2月，美国的“铱星33号”与俄罗斯的“宇宙2251号”卫星相撞，导致这两颗通信卫星瞬间毁灭。根据当时跟踪这两颗卫星的地面望远镜观察，它们的轨道应该是彼此错开的，然而从其中任何一颗卫星搭载的仪器所记录的数据来看，我们都会发现情况完全相反。为何操作人员没有利用来自卫星本身的位置信息呢？

轨道数据实际上是一类需要严格保密的数据，所有人都将卫星的位置和运行路线视为机密资料。拥有卫星的那些企业担心，泄露这些信息会使自己丧失竞争优势。因为把确切的定位信息分享出去，可能会向竞争对手暴露自己的实力。同时，政府也担心这些信息泄露出去会危害国家安全。但将这些信息保密可能导致卫星碰撞——即使是不严重的碰撞，也可能造成数百万美元的损失，并使碎片进入其他卫星和载人航天器（如国际空间站）的轨道。两颗卫星的碰撞事故，促使有关方面开始寻找相应的解决方案。

一种解决方案是，让世界上最大的4个卫星通信供应商，与可信赖的第三方，即美国AGI公司合作。该公司汇集了各卫星通信公司的轨道数据，能在卫星可能遇险时发出警告。不过，此项安排的前提条件是，所有卫星通信供应商与第三方必须保持信任。而随着越来越多的经营者进入这一领域，把越来越多的卫星送入轨道，这种安排常常是很难甚至是不可能实现的。

即使是不严重的碰撞，也可能造成数百万美元的损失，并使碎片进入其他卫星的轨道。

现在专家认为，加密可能是一个更好的方案，依靠它就不用再考虑相互信任的问题了。20世纪80年代，科学家开发出了一些专门的算法，可以让许多人共用私密数据，计算一个函数，同时不会泄露半点秘密。2010年，美国国防部高级研究项目局组织了几个密码专家团队，运用此技术开发了针对卫星数据共享的安全多方计算协议（MPC）。

按照这个方法，每一位参与者可以把私有数据载入自己的软件中，然后软件再根据一个公开的MPC协议来回传送信息。协议保证参与者可以计算一个期望的输出（例如卫星碰撞的概率），但不能计算除此以外的任何东西。此外，由于协议的设计是公开的，任何参与者都可以编写自己的软件客户端，不需要各方彼此信任。

轨道数据加密保护存在的一个问题是速度。计算两颗卫星发生碰撞的概率属于复杂度很高的计算：如果不考虑安全问题，计算花费的时间可以毫秒计，而这些协议如果在商用硬件上执行则需要耗时90秒。不过，随着计算能力的提高，MPC协议的实用性将会越来越高。现在美国国防部高级研究项目局的工作即将圆满结束，概念验证版的算法已准备就绪。这些协议到2015年还没有人真正在实践中应用，不过密码专家正在物色尝试者。

太空撞车

撰文：约翰·马特森（John Matson）

翻译：蒋青

2009年2月，西伯利亚上空790千米的卫星轨道上，发生了一起太空“撞车”事故：俄罗斯的卫星与美国铱星通信公司的卫星相撞了。考虑到绕地轨道上的卫星数目，这起事故并不完全出人意料。在此以前的20多年间，已经发生过3起类似事件，但情况都不算严重，产生的碎片也极少。这次“撞车”却留下了上百块卫星残骸，有些碎片还向下飘移，降到了与国际空间站相同的轨道高度。尽管相撞概率很小，但这些碎片还是可能给国际空间站里的宇航员造成严重威胁。