突破太空网络安全！航天器关键技术爆严重漏洞

当美国航空航天局（NASA）需要两部在轨航天器保持相对静止并完成对接时，时机的把握至关重要。二者的运行必须彼此精确同步，才能防止发生灾难性故障。这意味着负责控制其推进器的计算机网络绝不能有哪怕一瞬间的中断，必须保证每次都能按时交付关于何时/如何移动的明确指示。

宾夕法尼亚大学工程学院计算机与信息科学系副教授Linh Thi Xuan Phan与密歇根大学、NASA的一组研究人员合作，发现了该系统及其他安全关键系统所使用的网络技术中，存在一个严重漏洞“PCspooF”。

这种网络技术被称为“时间触发以太网”，简称TTE，已在航空、航天和重工业领域应用了十多年。在这类场景下，会有多种不同类型的信息持续在计算机网络中传播，但并非所有信息都需要相同级别的计时精度。时间触发以太网能确保最关键的信号获得优先权，因此无需单独部署专用的网络硬件。

对于NASA来说，通过时间触发以太网在同一物理网络上传输多种类型的信号显得尤其重要，因为它必须精打细算航天器的每一克重量。而此次研究结果表明，时间触发以太网的安全保证效果可能因电磁干扰而受到损害。对高优先级信号的计时干扰，足以导致模拟对接程序出现严重故障。

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图：PCspooF漏洞攻击过程概述

Phan教授与密歇根大学的Andrew Loveless、Ronald Dreslinski以及Baris Kasikci，共同在2023年IEEE安全与隐私研讨会的论文集上发表了这一发现。

在NASA约翰逊航天中心工作期间，Loveless开始利用模拟数据调查这一潜在安全漏洞。他和密歇根大学的同事们还聘请网络物理系统安全专家Phan来研究时间触发以太网的网络硬件的自身缺陷。

结果表明，低优先级信号的发送方式可以使负责消息传输的以太网线缆产生电磁干扰，进而让恶意消息顺利通过原本会阻止它们的交换机。

Phan表示，“时间触发以太网技术在关键系统中被广泛应用，因为能保证两种类型的信号不会相互干扰。但如果这一假设并不可靠，那么以此为基础建立的一切都会土崩瓦解。”

该团队曾在2021年私下向使用时间触发以太网的主要企业、组织以及设备制造商披露了研究发现和缓解建议，包括将铜缆替换为光纤及其他光频隔离器。

Loveless表示，“各方都非常愿意采取缓解措施。据我们所知，该隐患尚未对任何相关方构成实际安全威胁。我们对行业和政府的积极反应感到欣慰。”