信息作戰體系架構及關鍵技術

甘 翼, 南建設, 黃金元, 李 貴

(中國電子科技集團公司第十研究所, 四川 成都 610036)

自人類有記錄的戰爭開始,基于信息傳播的非致命性軟殺傷(簡稱:信息作戰)就是重要的戰術、戰役和戰略手段。從作戰類型來看,即使在電子設備出現之前, “信息戰”、“心理戰”、“法律/法理戰”、“輿論戰”和“意識形態戰”都廣泛出現于民族與民族、國家與國家以及軍隊與軍隊的戰略和戰術對抗過程。隨著電子設備的出現,電子對抗逐步加入到信息作戰范疇當中。20世紀20年代到70年代的模擬時代,電子對抗主要以能量對抗的方式出現,追求能夠最大限度降低對方電子設備性能的干信比(JSR)是其典型技術特征,因此,可以定義為基于能量對抗的信息化作戰樣式(簡稱:能量戰)。20世紀80年代開始,隨著數字化電子設備的大規模使用,電子對抗的類型有所擴展,基于數字化信息對抗的作戰模式開始出現,其作戰樣式和能量戰有著顯著的差別,并被廣泛應用于非軍事行動的民用網絡攻擊、恐怖襲擊乃至普通刑事犯罪,由于其特征主要是數字信息的毀壞、篡改、偽造乃至接管,因此,可以定義為基于數字比特的信息化作戰樣式(簡稱:比特戰)。時至今日,隨著大國制衡、和平與發展成為世界主流、人員傷亡成為全球關心的最主要因素,傳統硬殺傷作戰行動不斷減少;而在全球化過程中,各國沖突本質上還在急劇增加,政治、軍事、經濟、外交、安全、科學和文化各個層面的競爭與對抗還在進一步加劇;網絡信息技術的不斷發展,又進一步推動了各國大量使用信息作戰手段達到其戰略戰術目的。

綜上所述,由于上述原因,信息作戰能力和作用不降反升,在多次戰爭和革命中顯示出巨大的威力。信息作戰中“法律戰”、“輿論戰”和“意識形態戰”均屬于戰略層面,而“能量戰”、“比特戰”、“信息戰”和“心理戰”四種戰法則根據作戰環境、對象和用途不同,可分別用于戰術、戰役和戰略層面。由此可知,信息作戰雖然存在層次化的分類,但不是完全的遞進關系,需要進行深入系統梳理各種做法間的關系;另一方面,為保證各種戰法的有效性,還需研究各種戰法必需的相關裝備和關鍵技術。

1 信息作戰體系架構

信息作戰從戰術到戰略層面可以分為七種戰法,如圖1所示。從各種戰法的相關關系來說,可分為兩個層次,其中從“能量戰”到“信息戰”可歸屬為手段層次,從“心理戰”到“意識形態戰”可歸屬為目的層次。目的層次的作戰樣式,需要手段層次的樣式做支撐,簡而言之,目的層次是根據戰略/戰術目的選擇合適的戰法手段或戰法組合,產生手段層次各種戰法所需的關鍵內容和信息,并指導手段層次各種戰法的配備與使用;手段層次在目的層次各種作戰策略的要求下建立、摧毀或改變信息傳播渠道及內容。兩個層次之內各種戰法存在一定的邏輯關系,但并無特別嚴格的上下級關系,多數戰法可以并行使用。手段與目的層次之間的關系如圖2所示。

從戰術技術手段上講,信息作戰以信息戰為中心,無論何種作戰樣式均是建立在對信息作用對象、信息傳播渠道或信息本身的影響[1]。例如,能量戰和比特戰主要針對電磁網絡空間傳播渠道,心理戰、意識形態戰主要針對信息作用對象,而法律/法理戰和輿論戰則對信息本身和信息作用對象均有影響。因此,實現上述戰法的戰術技術手段間的關系如圖3所示。

2 信息作戰七種戰法說明

2.1 能量戰

能量戰是指以能量/功率比拼的方式,破壞、癱瘓或降級敵對方供電、C4ISRK(通信、指揮、控制、計算機、偵察、監視、情報和打擊)能力和信息基礎設施服務能力,以及以此方式保護己方C4ISRK能力的作戰方法。

該戰法在電磁頻譜領域的應用典型是針對敵方雷達和通信系統的壓制干擾,在有效頻譜帶寬內和有效時間內,信號能量與干擾能量之比(SJR)遠小于目標檢測、信號解擴解調解碼所需的信噪比(SNR)需求;反之則稱為在有干擾條件下的能量保護,即接收裝備天線口面SJR大于所需SNR需求。對供電系統來講,則是干擾能量在一段時間內持續大于部分關鍵電路(如:變壓電路)的最高熔斷能量或核心芯片的晶體管擊穿能量,造成電路的不可恢復性損壞;對供電系統無能量保護說法[2-3]。

2.2 比特戰

比特戰主要針對各種數字系統和網絡,包括:數字通信、數字接收、數字發射、數字計算、數字顯示和數字存儲系統,幾乎包括了現在所有的智能系統。通過毀壞、篡改數字系統中的關鍵數字BIT,達到破壞、癱瘓、降級對方數字系統能力或擦除、破壞、修改、竊取對方數字信息等目的。另一方面,通過基于比特的數據校檢、加密、隱藏、偽裝和封裝,保護本方數字系統和網絡免受敵方攻擊與破壞,達到保護己方信息的目的。

比特戰誕生于數字系統出現之后,已經在軍民兩個領域有廣泛的應用,在民用領域的應用和發展更加頻繁和快速[4-5]。廣義上,民用領域的偽基站發送虛假信息、黑客行為、病毒攻擊等均屬于比特戰范疇,軍用領域和國家戰略層面的“舒特系統”、“網震”、“拒絕服務攻擊”、對數字調制(編碼)雷達的欺騙式攻擊等同樣屬于比特戰范疇,只是其最終結果的表征在信息戰層面,如:信息被破壞、信息不能訪問、信息被篡改等,本質上,比特戰是信息戰在數字電子信息領域的一個子集。

2.3 信息戰

信息戰是為奪取和保持制信息權而進行的斗爭,通過利用、破壞敵方信息系統和保護己方信息系統而開展的一系列活動的總稱。信息戰利用、破壞和保護的是信息,而不是信息系統(攻擊信息系統的最終目的是為了信息),渠道也更加多樣化,而不僅僅有電磁和光學等渠道,還有人工渠道[6-7]。

無論能量戰、比特戰都可以看作信息戰的子集,其體現的最終目的也是對方不能獲取我方信息,我方能夠獲取對方信息。其次,信息戰的外延更廣,從人力渠道獲取的各種信息,不直接相關數據分析得到的信息,如:火車運次、郵件數量、用電量、通信量、口口相傳的錯誤信息、故意泄露的虛假信息等一系列信息源、受眾及其傳播渠道的綜合應用均屬于信息戰范疇。因此,信息戰是戰法手段層次與目的層次的分界點,如果說信息戰以下均屬于手段層次,那么信息戰以上的心理戰、法律戰、輿論戰和意識形態戰均屬于目的層次。

能量戰、比特戰在戰術層面還可以支撐心理戰——引起指揮員誤判,“世界上并沒有一種技術可以完全壓制另一種技術,比如對于電子對抗,采用交替開機、短時開機、捷變頻、雷達通信組網等等均能夠在一定時間范圍內完成信息傳輸與目標檢測”。而關鍵在于指揮員的決策判斷,能否根據情況進行隨機應變的處置,該處置和心理狀態直接相關。對于法律/法理戰、輿論戰和意識形態戰,信息戰則是其直接通道,常說現代社會“渠道為王”,誰掌握了信息傳播渠道,誰就能夠形成四個目的層次的絕對優勢。這一點,從新疆暴恐事件、西藏暴恐事件和昆明暴恐事件以及南海問題、釣魚島問題等西方媒體宣傳可以看出,由于其掌握了世界上絕大多數國家和國際組織的信息傳播渠道,基于同一件事實,具有制信息權的一方完全可以顛倒黑白、指鹿為馬,使被攻擊方在各個層面非常被動。

因此,根據不同需求在不同層面獲取一定的制信息權,是未來信息作戰的重中之重。

2.4 心理戰

心理戰主要運用心理學原理原則,以人類心理為戰場,有計劃地采用各種手段,對人的認知、情感和意志施加影響,在無形中打擊敵人的心志,以最小代價換取最大勝利和利益。心理戰通過宣傳等方式從精神上瓦解敵方軍民斗志或消除敵方宣傳所造成影響的對抗活動。心理戰的最高目標是“不戰而屈人之兵”[8-9]。

根據長期以來的軍事理論特別是毛澤東軍事思想,戰爭勝負的決定性因素是人。決定人的最關鍵因素則是和心理學相關的精神以及意志。一個國家、一個民族的心理防線如果被擊穿,即使不需要太多流血,其政權也會被顛覆、國家也會滅亡、民族也會消融,如:二戰前期法國的表現和伊拉克戰爭。與此對應,只要精神力量不滅,即使國土淪喪,人會一直堅持抵抗和反擊,即使就普世價值來看其堅持的精神信仰是偏激和錯誤的,如:“基地”組織和“伊斯蘭國”。就戰術價值而言,心理戰可以讓指揮員、操作員和戰斗員對態勢/形勢/局勢出現誤判。

綜上所述,心理戰是以目的為導向劃分戰法的第一層,也是輿論戰和意識形態戰的基礎。另外,心理戰和信息戰緊密聯系,沒有制信息權,心理戰很難獲得成功。

2.5 輿論戰

輿論戰主要指沖突雙方依據傳播學原理,利用各種輿論媒體(含新型媒體),有計劃、有目的地向受眾傳遞經過選擇的信息,宣揚己方對特定事件的立場、觀點和看法,阻斷、瓦解和反擊對方的輿論攻勢,從而影響受眾的情感和行為,引導社會輿論、影響民意歸屬,造成有利于己方的輿論態勢。

輿論戰是配合國家政治、外交、軍事斗爭的重要形式,是信息化條件下一體化聯合作戰的重要組成部分,是發揮政治工作作戰功能的基本途徑。輿論戰“古已有之,于今為烈”,在農耕時期、機械化戰爭時期和信息化戰爭時期,都發揮著不可替代的重要作用。輿論戰是實現心理戰和法律/法理戰目標的主要手段,同樣是信息戰作為“渠道”需要奪取的“最重要陣地”,更是意識形態戰達到目標的最關鍵手段。輿論戰本質上是信息戰最合法和最不易阻斷的渠道,為心理戰、法理戰和意識形態戰提供“武器和彈藥”。

2.6 法律/法理戰

法律戰/法理戰指沖突雙方依據國內法、國際法、國際普遍原則、國際普示規定特別是國際貿易法則、海洋法則、戰爭法則或武裝沖突法則等,通過各種形式(含國際法庭判決、各國際組織仲裁)揭露對方違法行為,奪取法理優勢,爭取國際判決、國際仲裁、國際政治及道義的支持而開展的有利于己、不利于敵的法律對抗活動[10-14]。

隨著二戰后新型國際關系的形成,無法律/法理支持的武裝行動或制裁活動均會受到廣泛的國際譴責、約束和制裁。因此,即使超級大國對其他國家從事武裝行動、顛覆行動、爭奪行動或經濟制裁必須找到相應的法律/法理支撐,如:通過聯合國授權(海灣戰爭)、找到相應支持己方的證據(即使是臆造,人權和大規模殺傷性武器是最常用的遮羞布)、歷史依據(我方對南沙和釣魚島的主權確認)等。綜上所述,法律/法理戰的最終目的是為己方各種行動找到合法依據,占據道義制高點。法律/法理戰和信息戰緊密聯系,沒有制信息權和話語權很難獲得法律/法理戰的成功。

2.7 意識形態戰

意識形態戰指沖突雙方由于對事物的理解、認知、觀念、觀點、概念、思想和價值觀等哲學范疇要素的不同理解而造成的沖突,沖突一方希望通過暴力和非暴力(輿論和心理認同等)手段使沖突方接受己方意識形態的斗爭[15-16]。

當今世界的意識形態戰主要存在三個方面,第一:資本主義與共產主義之爭;第二:伊斯蘭原教旨主義和世俗社會原則之爭;第三:基督教(含新教)與東正教之爭,表現為西方和現代俄羅斯之爭。意識形態戰不獨立存在,一般通過輿論戰、心理戰、法理戰、信息戰等綜合達到相應效果。意識形態戰方面,20世紀最后20年,以美國為首的西方在第一個方面取得了輝煌的勝利,徹底瓦解了以蘇聯為首的東歐社會主義陣營,達到了“不戰而滅人之國”的最高目的。第二方面,經過將近20年的“熱戰”,從結果來看,不僅未取得理想的效果,還造成了一系列的全球問題。第三方面,羅馬教廷與東正教有緩和的趨勢。

3 信息作戰面臨的技術挑戰

下面僅從自然科學角度簡述信息作戰在技術高速發展的當代面臨的主要挑戰。

3.1 能量對抗

能量戰屬于信息戰和電子對抗最基本的技術手段,也是迄今為止最有效的手段。但是,隨著時代的進步和發展,能量戰遇到了如下問題。

1)能量不能無限增加

無論作為防御方的通信裝備、雷達裝備還是進攻方的電子對抗裝備,受限于功率器件能力、平臺能夠提供的最大載荷,輸出能量始終有限。同樣,為了保證信號的全帶寬線性度、平坦度和帶外雜散抑制等關鍵指標,超大功率器件的設計和實現難度更大。為滿足其功率需求將造成成本因子急劇上升,得不償失。

2)擴頻、跳頻及編碼糾錯等低截獲技術的聯合應用使得非智能能量戰效率大大降低

隨著數字處理器件能力的快速提升,擴頻、跳頻和編碼糾錯等技術的聯合應用,被攻擊設備發射信號到達攻擊設備口面的平均功率譜密度遠低于噪聲功率譜,傳統能量戰接收機很難有效檢測其信號[17]。即使能夠實現檢測,要產生有效的干擾效果,其JSR需求應大于擴跳頻增益、編碼增益和傳統SNR之和,對于傳統能量戰發射機來講幾乎不可接受。

3)反輻射武器的大量使用使得能量戰的原則變為:能量夠用就行

主動輻射電磁信號的雷達、通信、電子對抗、微波功率武器的設計原則逐漸改變:在面對戰標要求時,能夠達到威力指標就行,不求功率更大,低截獲成為更重要的考慮方向。

3.2 數據攻防

數據攻防(比特戰)是信息戰和電子對抗的高級手段,也是各國爭相研究的針對電子信息系統的主要戰法。但是,受限于電磁信號物理傳播特性、物理接入特性和加密原理的不可反演數學理論,比特戰難度極大,遇到的主要問題如下。

1)進入“專網”難度極大

根據網絡的安全分類,網絡可以分為“公網”和“專網”。公網協議公開,可以自由出入并進行相關操作,如:國際互聯網,專網則有物理隔離、邏輯隔離兩種。采用物理隔離的網絡一般還會采用邏輯隔離,其進入方式只有無線入侵有線以及由“內線”帶入內部操作的方式。采用邏輯隔離的網絡根據其安全等級不同,采用專用的或公開的安全審計和數據加密算法,即使采用公開的算法也屬于不可反演算法,采用不同的初值則差別極大。

只要安全措施得當,如:加上數字化生理特征:視網膜掃描、指紋等,密碼更換策略嚴密,進入及操作專網難度極大,需要耗費極大的人力物力。信息系統安全界認為:任何一個數字系統均有漏洞,安全措施的目的在于讓攻擊者找到漏洞的代價遠大于漏洞被發現的代價即可。

2)傳輸過程中的比特替換可行性較差

數字信號無論有線還是無線傳輸現在主要采用幅度和相位單獨或聯合調制標準數據比特,因此如要破壞或篡改數據比特則必須修改傳輸信號的幅度和相位。以PSK調制為例,如果要更改數據比特則需先對消原傳輸信號數據比特(幅度一致、相位相反),同時產生所需數據比特的幅度和相位,或直接累加產生可以表征不同比特符號的信號。而通信和雷達屬于同步系統,其數據流有專門的同步機制,那么數據比特的替換必須在其同步范圍內完成,因此對數字信號的測量精度以及產生替換信號的精度均提出了極高要求。

另一方面,對于帶多層編碼、糾錯、加擾等機制的通信信號,隨意替換個別比特并不能達到較好效果,必須替換其關鍵比特或數字字符串才能實現有效破壞和篡改。這也提出了需對信源編碼方式、信道編碼方式、接入媒體控制方式、幀格式等能夠有效掌握和快速比對分析,且分析精確度和實時性要求都較高。

由上可知,比特戰相對能量戰更為隱蔽,但是技術實現難度更大。需信息安全、信號處理、信號分析、信息處理和數字通信與數字雷達等多學科融合應用和協同創新。

3.3 信息對抗

本節主要從信息戰在信息的獲取、傳輸、融合、判證等方面提出面臨的問題。

1)不同渠道多源信息數據標準不統一

信息戰的關鍵基礎在于信息的獲取和判證,同一種信息有多種來源,以電磁信息為例,有來自雷達的信息也有來自無源探測的信息,即使同樣類型的信息也有來自不同平臺、不同部門和不同操作者,記錄數據方式不統一。如何進行數據源格式轉換并統一信息元數據標準,進而形成聯合情報,具有較大難度。其難度不僅存在于技術層面,更關鍵在于體制、機制和習慣等管理和文化因素。如果要求將人工情報也納入其中,其數據源的轉換與標準統一難度更大。

美軍于2003年在“自由伊拉克”行動中,在戰術層面已經通過“戰場縱深作戰協調系統”和“分析與控制分隊”實現戰術級多源信息融合,目標判證時效性提高10倍以上,誤傷率下降85%。由此可見,從技術層面,現代數字處理技術特別是神經網絡與機器學習技術已經具備海量數據處理和轉換能力。

2)根據不同用途、不同服務對象的信息聯合處理時效性和準確性還需加強

例如,引導對時敏目標的打擊,信息聯合處理的時效性就要求在分鐘級或秒級、判準誤差概率小于10-6。對于法律/法理戰所需情報的時效性要求可能就可以天計算,但準確率要求極高[18-22]。對于輿論戰所需情報的時效性則根據需求可能在小時與天之間浮動,準確率要求則大大低于上述要求,意識形態戰則對兩方面的要求可能更低。另外不同用戶、不同用途、不同終端能夠獲取的情報權限也需要詳細界定。因此,為使有限的人力和技術信息處理資源能夠有效使用,信息的分層分級處理與管理需進一步加強[23-26]。

3)實現多源數據統一與融合后,情報采集終端、使用終端與情報處理系統之間只有邏輯隔離而無物理隔離,核心系統安全性將面臨嚴峻挑戰

美軍在實施網絡中心戰時提出,某些應用終端從物理上確實存在可以接入核心情報處理系統的路徑,一旦應用終端被敵方獲取且邏輯安全體系被突破,如何保證整個網絡核心系統的安全性是必須考慮的問題。美軍經過研究,宣稱通過IPv6、AES(Advanced Encryption System 先進加密系統)以及經過加固和多層審計認證的路由和服務策略可以將入侵概率下降到10-12,根據其終端數量、通信頻度等綜合推算,需20～100年才可能破解某種密鑰下的安全機制,配合嚴密的密鑰管理與更新機制可確保安全。但是否能達到其預期效果,還需要進一步觀察和研究。

4)聯合信息攻擊的一致性、協調性和攻擊效果評估還有待研究

能量戰與比特戰協同不好,效果有可能會互相抵消,網絡攻擊、輿論戰能否協同達到最好的效果,人力信息戰與技術信息戰如何協同,攻擊效果如何準確評估都需要進一步研究。

5)對民用電子信息基礎設施的信息攻擊不可追溯性技術研究還需進一步加強,如:洋蔥路由、身份偽裝、路徑自適應跳轉、多點攻擊等[27-30]。

4 信息作戰關鍵技術探索

在信息化條件下,能量戰發展的原則是:接收方面信號級精確偵察與精確關聯,發射方面高效干擾信號產生與能量有效使用;比特戰發展的原則是:精細化分析、精準化攻擊和復合化防御;信息戰發展的原則是:全域監視、全網感知、智能處理、協同攻防。根據上述原則,信息作戰所需關鍵技術可分為基礎支撐層面、電磁信號層面、邏輯數據層面和網絡架構層面等四個方面。

4.1 基礎支撐層面

需重點發展以下幾項關鍵技術:第一,高能信號發射,主要包含超高功率輻射技術(激光武器、微波炮、電磁武器、高功率輻射雷達/電子戰一體化裝備)、增益可控超寬帶高效信號放大技術、高集成度數字陣列T/R技術；第二,多源信息獲取與融合,包括多源數據高效轉換與接口技術、基于數學期望運算的信息融合與誤差消除技術(最大似然、廣義相關、多維互模糊函數等)、數據元自適應操作技術(增加、操作、分組及分類等)；第三,多路徑自組織網絡分布式信息處理,包括基于MESHADHOC的自組網技術、可轉移式處理中心及策略選擇技術、視距與超視距大容量抗干擾通信技術、基于環境和響應的自動路由選擇技術；第四,信息處理“云”與攻擊“云”,包括多芯片/多平臺/多任務協同處理技術、分布式操作系統設計技術、神經網絡與機器學習技術、基于負載均衡的任務分配與控制技術、自適應物理資源利用技術。

4.2 電磁信號層面

需重點發展以下幾項關鍵技術:第一,低截獲信號接收及參數測量,包括低噪聲超寬帶信號接收技術(超導接收、光電接收、光量子接收)、盲信號相關接收技術、空時頻極化四維多信號分離技術、快速數字化多維參數測量技術、超分辨測量技術；第二,復雜信號分類與歸集,包括基于時頻域的信號分類技術、多維信號分類技術、基于數據庫的信號分類技術；第三,有效干擾信號產生,包括實時超寬帶干擾信號產生技術(DDS、瞬時波形產生)、精確干擾信號產生技術(擴頻信號復制與產生、調頻波形重構、精確多普勒調制、精確幅度調制)、直接數字上變頻技術、波束數字賦形技術、物理層調制信號對消與重構技術、遠程消磁技術。

4.3 邏輯數據層面

需重點發展以下幾項關鍵技術:第一,輻射源及平臺識別,包括輻射源指紋識別技術、多輻射源綜合識別技術、多傳感器信息融合技術、多平臺多傳感器信息融合技術；第二,信號分析,包括鏈路層編碼與幀格式分析技術、鏈路層信號分類與關聯技術；第三,信息攻擊,包括遠程授權及操作技術、身份偽造及合法信息偽造技術。

4.4 網絡架構層面

需重點發展以下幾項關鍵技術:第一,網絡安全管理,包括網絡安全漏洞搜索技術、密鑰破譯技術、身份審計與認證技術(含審計與認證加固以及身份偽造等)、數據路由技術；第二,信息獲取,包括操作權限獲取技術、無痕傳輸與無痕復制技術(水印傳輸、洋蔥路由、虛擬合法節點復制等)；第三,全域全維聯合信息服務,包括數據分層分級管理技術、多模式多體制自適應通信技術。

5 結束語

設計裝備就是設計戰爭,選擇技術路徑就是選擇未來作戰模式。緊隨21世紀網絡信息技術的跨越式發展,從國家安全頂層需求考慮未來各種斗爭和戰爭的形式,以“需求牽引、技術驅動”自頂向下梳理信息化條件下的作戰體系架構、各種作戰模式和所需關鍵技術,是未來信息化作戰戰法及武器裝備規劃和設計的必要條件。本文以公開資料為基礎,從需求和技術角度出發對作戰體系架構、作戰模式到關鍵技術的分析做了一次有益的嘗試,分析結果和過程方法對未來信息作戰體系架構和裝備發展的規劃和論證有一定的借鑒意義。

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