2009年2月,美国的“铱星33号”卫星与俄罗斯的“宇宙2251号”卫星相撞,瞬间摧毁了两颗通信卫星。根据当时地面望远镜对铱星和宇宙卫星的跟踪,两者本应擦肩而过,但即使来自其中一颗卫星的机载仪器数据也会讲述一个不同的故事。为什么运营商没有使用这些位置信息?
轨道数据实际上是被严守的秘密:卫星所有者将他们在轨资产的位置和轨迹视为私有的。公司担心失去竞争优势——分享精确的定位可能有助于竞争对手确定他们的能力范围。与此同时,政府担心披露可能会削弱国家安全。但即使是轻微的碰撞也可能造成数百万美元的损失,并将碎片送入其他卫星和载人航天器(如国际空间站)的轨道,这就是为什么铱星-宇宙卫星的碰撞促使该领域的从业者找到解决这一秘密问题的即时方案。
在目前的工作解决方案中,世界四大卫星通信提供商已与一家值得信赖的第三方——Analytical Graphics公司合作。该公司汇总他们的轨道数据,并在卫星处于风险之中时向参与者发出警报。然而,这种安排要求所有参与者对第三方保持相互信任,但随着更多参与者进入该领域并将更多卫星发射到轨道,这种情况通常难以或不可能安排。
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现在,专家们正在考虑密码学,它可以消除相互信任的需要,这可能是一个更好的选择。在20世纪80年代,专家们开发了算法,允许多人在不泄露任何秘密的情况下联合计算私人数据的功能。2010年,DARPA(美国国防高级研究计划局)委托密码学家团队应用这项技术来开发所谓的安全多方计算(MPC)协议,用于卫星数据共享。在这种方法中,每个参与者将专有数据加载到自己的软件中,然后根据公开指定的MPC协议来回发送消息。协议的设计保证了参与者可以计算出期望的输出(例如,碰撞的概率),但仅此而已。而且由于协议设计是公开的,任何参与者都可以编写自己的软件客户端——所有各方无需彼此信任。
目前,密码学在轨道数据方面的一个缺点是速度。计算两颗卫星之间碰撞的概率需要大量的计算:不安全的计算只需毫秒,而这些协议在通用硬件上执行时需要90秒。然而,随着计算能力的提高,MPC协议将变得更实用。现在,DARPA的工作即将结束,一个概念验证算法已经准备就绪。目前,没有人实际使用这些协议,但密码学家正在寻找该技术的采用者。