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信息战及其对机载计算机发展的影响   

2008-01-08 08:41:50|  分类: 装备科技G |  标签: |举报 |字号 订阅

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1引言

  进入90年代以来,关于未来战争形式将是信息战的话题,已成为军事领域的一个热门话题。特别是近年来,美国对伊拉克的数次军事行动和今年的科索沃战争,充分证明了信息优势是现代战争取胜的关键,机械化战争已经向信息化战争转变。作为现代作战主要武器平台的飞机的信息化程度不断提高,已成为整个战场信息系统的有机组成部分。机载计算机系统是飞机航空电子系统的核心部件,它在信息战环境下的作战能力,直接决定了飞机在信息战中的生存能力和任务成功率。除通常的性能功能指标外,机载计算机系统的设计中必须充分考虑现代信息战的特殊要求。

2信息战的定义和主要特点

2.1信息战的定义

  信息战没有准确的定义,它的范围很广,笼统地说,一切与信息有关的战争行为都是信息战的表现形式。目前常用的是一个功能上的定义,即信息战主要是指对敌方的信息、信息的处理过程和信息系统的软硬件设施施加影响,同时保护自己的信息系统免受敌方的攻击,最终取得“制信息权”的一切可能的行为。海湾战争被人们称为"首次信息战"。战争中,多国部队除调动了大量的陆、海、空三军外,还首次大规模地调用军用卫星。多国部队所作的第一件事就是摧毁伊拉克由计算机网络控制的信息指挥系统。另一方面,多国部队使用的装备又是由最先进的信息技术装备起来的,其中包括100多架电子战飞机和60多颗卫星。这些装备都是由计算机网络控制的,仅于美国本土联网的计算机就达3000多台。事实上,多国部队已将自己的五官及大脑的部分功能搬到了太空中的卫星平台上(天军)。海、陆、空三军不过是留在地面(海上、空中)听从天军指挥,并实施打击、摧毁对方目标的手脚而已。在这场战争中,多国部队打的是信息时代的战争,伊拉克却想用工业时代的战争来与之抗衡,显然是力不从心。

  今年北约部队对南联盟的狂轰滥炸更是充分体现了信息战的优势。北约的每次进攻不仅事先经过电子模拟演习,而且作战效果在10分钟以内就可以放在指挥官的桌面上,可以立即决定是否需要再次攻击。南联盟的飞机一起飞就被北约的预警飞机跟踪,受到电子战飞机的强烈干扰,地面雷达一开机就受到反辐射导弹的攻击,机载雷达无法工作,和地面指挥系统失去联络,同时北约部队及时作出战场决策,调动作战飞机对南联盟飞机进行围攻,十几架F-16同时攻击一架MIG-29,南联盟飞机糊里糊涂就被击落。尽管南联盟的MIG-29飞机和F-16同属第三代飞机,但是南联盟缺乏完整的信息战体系,MIG-29在没有敌机信息的情况下显然无法和北约飞机抗衡。

2.2信息战的特点

  信息战具有破坏信息系统和影响人的心理两个特点。破坏信息系统的效果是敌方无法利用信息系统的设施获得所需要的正确信息,既可以从物理上摧毁地方的硬件设施,也可以是破坏系统软件,使系统崩溃或提供不正确的信息。如利用反辐射导弹摧毁敌方的雷达站,预先埋设计算机病毒等。通过提供对敌方不利的信息可以对人的心理造成影响进而控制人的行为,影响士气,削弱敌方的战斗力。

  所有用于信息战的武器可以称为信息战武器。典型的信息战武器有计算机病毒、高能微波武器、粒子束武器、电磁武器以及一切可以影响敌方信息的装备如广播电台、电视台、出版物、Internet网络等,一台PC加上Modem就可以破坏敌方的信息网络。

  1995年12月,英国《星期日电讯报》以《微芯片战争》为题刊登消息说,美国国防部几个月前组织了一场名为"联合勇士"的演习:由一名空军上尉通过互联网络"夺取"正在海上巡航的一队军舰的控制权。这位上尉除了一台在商店购买的普通的电脑和Modem以外,没有任何别的东西。当他与当地Internet接上头时,试验场地“顿时鸦雀无声”,随着电子邮件信息进入了目标军舰的计算机系统,"聚集在这里的人起初是欢呼,接下来是恐惧",几秒钟之后,计算机荧屏上打出了一行字:"控制完成"。而此时正在海上航行的军舰的舰长们对自己军舰的指挥权落入他人之手却昏然无知。文章的结论是:"只要拨号进入互联网络,然后再键入几个判断正确的信号,一个年轻的美国空军上尉就可以开创战争史上一个具有潜在毁灭性的新纪元"。

2.3 信息战的主要作战形式

  信息战主要有三种形式:心理战、电子战和计算机战。心理战是指通过各种手段施加对敌方不利的信息,影响人的心理从而削弱战斗力。电子战是现代战争的主要作战内容之一,将其归为信息战武器主要是因为信息系统的基础是各种电子设备,无论是探测器(雷达,光电设备,监听设备),还是信息处理平台、通讯设施(无线通讯,有线通讯),核心都是电子设备。通过电子干扰可以削弱雷达等探测器的能力,使得敌方无法及时收集信息;无法及时传递信息或者传递错误的信息。计算机是信息系统的基础和平台,在信息系统中具有核心的地位,计算机战是指利用计算机开展的以信息系统为主要目标的作战形式。计算机战的一种形式是利用网络侵入敌方信息系统刺探情报,提供虚假信息,破坏信息系统等。这种方式的前提是需要通过网络接入地方的计算机系统,在使用上受到一定的限制。人们已经研究了多种不需要经过网络的攻击方法:

  a.在计算机中预先放置病毒软件,病毒可以根据特定的触发信息发作,只需在战争时触发即可;

  b.在计算机中使用有逻辑炸弹的计算机芯片,该芯片在某种外界条件下(如某种频率的微波的照射)即可自毁和/或不正常工作,使计算机系统瘫痪;

  c.使用高功率微波辐射,电磁脉冲武器破坏计算机电路;

  d.使用可以破坏电路的生物武器等。

  上述方法从理论上讲都是可行的。据报道,伊拉克购买的雷达中都有所谓的“暗置程序”,在多国部队进攻时这些预置的程序被触发,导致伊拉克的雷达系统失效。

  以网络技术为核心的信息战在未来战争中会是什么样子?美国陆军情报和安全指挥部一位上校军官这样描述:战争爆发后,首先,一种计算机病毒被输入到敌国的电话交换系统中,导致电话系统瘫痪。其次,预设的"逻辑炸弹"(如计算机病毒)在敌国的空中和陆地交通管制系统中爆炸,使飞机飞往错误的目的地,运送物资和士兵的车辆开乱了方向。而敌人的前线指挥员遵循无线电报传来的命令行事,并不知道这些电报是伪造的。就这样,兵不血刃,一场战争胜利了。这个描述或许有些言过其实,但深入思考一下会发现这是完全可能的。

3 信息战对机载计算机系统的主要攻击形式

  信息战的攻击是通过使用信息战武器攻击敌方信息和信息系统达到作战效果的。因此,分析一个武器系统被信息战武器攻击的形式首先要分析该系统的主要信息流,信息系统的软硬件构成,信息的使用方法,信息的存储方法等与信息有关的各种因素。

3.1 机载计算机系统的主要信息流

  在现代作战体系中,飞机已经成为由地面指挥中心,空中指挥飞机,预警飞机,卫星,无人驾驶飞机,水面舰艇,潜艇等信息探测和处理平台构成的综合化信息体系的一个组成部分,利用数字化技术实现信息的传输和共享。

  目前机载计算机系统的主要信息流按照信息传输的物理途径可以分成以下几种:

  a.机载传感器和探测器的输入信息,如机载雷达、红外传感器的数据,雷达告警接受机的警告信息、大气计算机的大气参数等;

  b.传统的和地面通讯的话音数据,无线电导航数据等;

  c.干扰信息,如电子干扰,假目标数据等;

  d.飞行员根据感观和经验得出的数据,并用来操纵飞机和完成任务;

  e.机载数据库的信息,如数字地图、导航数据库等;

  f.机载数据链的数据交换,如卫星的GPS数据、预警飞机的战场态势数据、和机群中其它飞机交换的数据等。

  前面几种是传统的信息源,数据链是近年来迅速发展的信息交换途径,它利用数字化技术的优势,提高了飞机的信息量和共享程度,可以极大的提高飞机的作战效能。例如飞机在发射反辐射导弹前需要精确测定敌方雷达的位置,如果只使用飞机本身的探测数据,至少需要30秒时间,在不同的位置探测多组数据才能完成,而利用数据链,机群中的多架飞机可以在不同的位置同时完成对雷达位置的探测,通过数据链交换数据完成数据融合只需几秒钟就可以完成位置的精确测定,从而在敌方雷达关机之前及时发射反辐射导弹,赢得瞬间的战机。

  按照信息的用途,信息流可以分成飞行安全的信息流和任务数据流,前者如燃油数据,后者如雷达数据等。

3.2 飞机信息系统的结构

  设计飞机信息系统的目的是为飞行员提供足够的信息以保证安全飞行并完成作战任务。飞机信息系统可以定义为飞机上所有完成信息的采集、处理和显示的设备总称。在航空技术发展的初期,人们就意识到实用的飞机设计中,必须考虑一些关键信息的采集和显示,并设计了油量表,空速表等航空仪表。随着飞机性能的不断提高,所完成任务越来越复杂,仅靠简单的航空仪表已经不能满足飞行的需要。航空电子系统使飞机信息系统进入了电子化、数字化、综合化的时代。航空电子系统是飞机信息系统的硬件和软件平台,数字化的航空电子系统提高了信息采集的精度和速度,增强了信息处理的智能化程度。飞机信息系统不仅包括航空电子系统,还涉及飞机管理系统,武器投放等。

  飞机信息系统的基本功能可以分成信息采集,信息处理,信息的显示和决策。信息的采集是通过各式各样的传感器完成的,采集的原始数据通常经过预处理、信号处理和数据处理变成易于理解和使用的最终形式如显示输出。信息处理的最后一个步骤是决策,在目前通常是飞行员完成的。随着机载计算机能力的不断提高,人工智能化的辅助决策系统开始逐步进入实用,如战术规划、投放武器建议、自动目标识别、航迹规划等。

  飞机信息系统包括传感器,预处理,数据交换网络,处理软件,显示输出设备。

  飞机信息系统具有以下特点:

  a.飞机信息系统是实时信息系统,信息的时效性很强,多数信息不具有保存价值;

  b.信息源是多种多样的,有各种频率的电磁波,也有可见光和红外线;既可以是飞机本身的状态,也可以是外部传感器探测的结果等;

  c.飞行员的操作和飞机的工作状态决定了信息系统的工作方式、信息种类、信息流量和处理要求;

  d.信息的采集目前多采用分布式采集,在计算机处理能力和网络速度不能满足要求时,信息的处理也是分布式的,处理软件分布在各个传感器的预处理计算机上,但发展趋势是综合化处理和采集;

  e.目前机载数据库的内容只有导航数据、数字地图等少量数据,随着机载武器系统智能化程度的不断提高,数据库的内容将逐步丰富起来;

  f.关键任务的决策主要依靠飞行员,如武器投放等,自动决策仅限于非关键任务;

  g.干扰信息会随时干扰正常数据信息,干扰的途径是多种多样的。

3.3 信息战武器对机载计算机的主要攻击形式

  武器系统本身的信息化是成为信息战武器攻击对象的前提条件。如果武器系统本身没有信息化,信息战武器就失去了攻击的目标,信息战就无从谈起。例如,大多数计算机战需要通过网络展开攻击,如果系统没有连入网络,敌方就不可能通过网络发动攻击。信息化程度愈高,遭受信息战攻击的可能性就越大,发达国家比不发达国家更容易遭受攻击。例如侵入美国政府信息网络破坏人口信息系统,可以很容易地打乱美国的社会秩序。

  机载计算机系统目前还没有和地面、卫星组成完整的信息网络,而且信息的时效性很强,被破坏的信息的传播性不强,因此信息战武器对机载计算机系统的破坏力远远小于对地面信息系统的破坏力。但随着机载计算机系统综合化、智能化程度的不断提高以及天地一体信息化网络的不断完善,机载计算机系统受攻击的可能性也在不断提高,我们必须从现在开始对这个问题给以高度的重视,加强研究力度,提高抗御信息战武器的能力。

  信息战武器对机载计算机系统的主要攻击形式有如下几种:

  a.在机载计算机系统中预先埋下的软硬件"逻辑炸弹",例如软件中预留的"暗置程序"或病毒,芯片中的有破坏性的功能电路等;

  b.高能武器和强微波武器可以造成电路损坏和EPROM中信息的丢失,机载数据库内容的破坏等;

  c.通过机载数据链输入大量的非法错误信息,导致信息饱和,使系统无法完成正常的信息处理功能或导致信息处理的错误;

  d.大量错误信息给飞行员造成心理压力,复杂的数据可能导致飞行员决策错误;

  e.强烈的干扰使飞机的传感器失去作用,高强度的电磁干扰还可能导致机载计算机系统的电路损坏,数据网络传递错误的信息。

  攻击的时间既可以在飞行时,也可以在飞机停留在地面时,例如可以通过间谍手段在软件开发时给机载软件注入病毒,或者用带有缺陷的芯片替换正常的芯片。

4 机载计算机系统需要加强的研究领域和对策

  针对信息战武器的主要攻击方式,机载计算机系统在研制过程中,至少要加强以下领域的研究工作:

  a.对计算机病毒武器的研究,掌握计算机病毒的原理和检测方法,研制相应的工具;

  b.开展对病毒具有免疫能力的计算机软件结构和设计方法的研究;

  c.对芯片中预埋的"逻辑炸弹"的研究。由于我国的元器件依赖进口,对这类问题需要特别给以重视,特别是要加强对逻辑炸弹的检测方法的研究;

  d.研究采用商用软件和开发工具开发的系统和软件的测试和验证方法,购买的软件必须经过完整全面的测试才能在实际研制工作中使用;

  e.开展机载计算机系统对抗高能武器、电磁武器的机制和测试验证方法的研究,研制能抵抗这些武器攻击的机载计算机系统工程化措施;

  f.加强机载计算机系统体系结构的研究,特别注重遭受信息战武器攻击后如何保持健壮性的研究;

  g.开展主动对抗信息战武器的方法的研究;

  h.加强数据安全保密机制和纠错、检错方法的研究;

  i.加强计算机系统软件安全性的研究。

  通过加强以上领域的研究工作,一定可以大大加强机载计算机系统的信息战能力。

  需要特别注意的是,我们发现“非相似余度容错”技术是对付信息战武器的有效措施,应该在今后的研究中给以重视。

  首先,软件的非相似性可以有效地预防预埋的计算机病毒。非相似软件不仅采用不同的开发工具和语言,算法、设计人员甚至开发模型也不同,同时存在预埋的计算机病毒的可能性很小,同时发作的概率就更小。

  同软件的情况相似,硬件的生产厂商不同,预埋逻辑炸弹的概率很小,不同的芯片抵御高能武器的能力也不同。实际上,软件的一些容错措施如多版本程序设计已在宇航系统中作为抵抗高能粒子轰击的有效手段使用多年,证明是一种有效的手段。

  因此,在机载计算机系统的设计中,采用非相似余度设计技术是抵御信息战武器攻击的有效方法。

5小结

  本文简要介绍了信息战的基本概念及对机载计算机系统的主要攻击方式,提出了机载计算机系统在现代信息战环境下应该加强的研究领域和思路。在研究中应该特别加强机载计算机系统在遭受攻击后系统健壮性问题,通过主动攻击对抗信息战武器攻击问题以及非相似余度容错技术的应用问题。

(作者:牛文生,男,1967年出生,工学博士,研究员,

主要研究领域:计算机系统结构。

单位:中国航空计算技术研究所 西安。710068)
 

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