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2024 年 2 月 18 日，葉門胡塞武裝分子在紅海發動飛彈襲擊，擊中貨船 Rubymar 號。在船員撤離後，這艘失能的船隻花了數週時間才最終沉沒，在此過程中成為全球網路安全的象徵。在沉沒之前，這艘船拖著錨在紅海海底拖曳了約70公里，這條蜿蜒的錨最終切斷了三條跨越紅海底部的光纖電纜，這些電纜承載著大約四分之一的歐洲與亞洲之間的網絡流量。隨著電纜損壞，系統工程師意識到必須重新導向數據傳輸。因此，今年北大西洋公約組織 (NATO) 將開始測試一項計畫，以解決 Rubymar 號沉沒所清楚顯示的這一安全漏洞。
全球海底光纖線路承載著 95% 以上的洲際網路通信。這些細小、拉長的玻璃纖維線環繞地球約 120 萬公里，每條線路都可能成為自身脆弱的阻塞點。全球大約有500到600條電纜穿越海底。
「當它們穿越大洋時，並不是被埋在海底的，」電信諮詢公司 TeleGeography 的研究副總裁 提姆·史特朗（Tim Stronge）說。「它們直接放置在海床上，在深海的深度下，大約這麼粗——」他用手指做了個圓形的動作——「比花園水管還細。它們很脆弱。」
據估計，海底光纖電纜每天用於超過 10 兆美元的金融交易，以及加密的國防通信和其他數位通信。如果一艘沉船可以意外切斷一部分全球數據傳輸，那麼一個有組織的攻擊會對全球通信造成什麼樣的影響呢？
因此，北約啟動了HEIST計畫，以找出保護全球網路流量並在出現問題時重新導向的最佳方法。該計畫名為 HEIST，意為混合空間-海底架構確保電信資訊安全（Hybrid Space-Submarine Architecture Ensuring Infosec of Telecommunications）。
胡塞武裝分子可能不知道攻擊 Rubymar 號會造成什麼損害，但西方官員表示，有相當多的證據表明俄羅斯和中國試圖破壞海底電纜。就在本文發稿之際，波羅的海的兩條海底電纜——連接瑞典與立陶宛以及芬蘭與德國——已被切斷，懷疑是該地區的一艘中國商船所為。德國國防部長鮑里斯·皮斯托里烏斯 (Boris Pistorius) 甚至將這些中斷稱為「蓄意破壞」。
HEIST 的組織者表示，他們希望在今年和明年至少實現兩個目標：首先，確保在電纜損壞時，運營商能夠快速精確地確定電纜的具體位置，以減少中斷。其次，該計畫旨在擴展數據傳輸的路徑數量，特別是研究如何將優先等級高的流量重定向到衛星上。
「在實現彈性通信方面，關鍵是路徑多樣性，」HEIST 的北約國家主管兼康乃爾大學機械與航空航天工程助理教授葛雷格·法爾科（Gregory Falco）說。他表示，確保網路路徑的多樣性應該包括「天上的東西，而不僅僅是海床上的東西。」。
測試故障安全 HEIST 的組織者計劃於 2025 年開始在瑞典南部海岸卡爾斯克魯納的布萊金厄理工學院 (BTH) 進行測試。在那裡，他們將試驗智慧系統，希望能讓工程師快速找到海底電纜斷裂的精確位置，精度達到 1 公尺。研究人員還將研究快速將數據傳輸路由到可用衛星的協議，至少在實驗規模上是這樣。法爾科表示，他們還將試圖解決目前海底電纜使用規範的重疊問題，因為目前沒有一個單一的機構來監管這些電纜。來自冰島、瑞典、瑞士、美國等國家的研究人員參與其中。
「我們現在談論的是社會中的關鍵基礎設施，」BTH 的副校長兼 HEIST 測試平台工作的協調員 亨瑞克·強生（Henric Johnson）說。它位於波羅的海沿岸，這是一個重要的水道，對北約國家和俄羅斯都很重要。「我們曾在瑞典、愛沙尼亞和芬蘭之間發生過電纜遭到破壞的事件，」強生說。「因此，這些事件對我們來說已經成為現實。」
TeleGeography 的史特朗表示，即使沒有任何蓄意破壞，每年也會發生大約 100 起電纜切斷事件，其中大部分都由專門的船隻在全球各地的港口修復。一次修復可能需要數天或數週時間，並且花費數百萬美元。但直到現在，電信運營商和許多國家仍然別無選擇。
「想想冰島，」參與 HEIST 的康乃爾大學博士生尼科洛·博薛蒂（Nicolò Boschetti）說。「冰島有很多金融服務，很多雲端運算，它透過四條電纜連接到歐洲和北美。如果這四條電纜被摧毀或損壞，冰島將完全的與世隔絕。」
衛星鏈路可以繞過受損的電纜，但衛星備份的最大限制可能是其吞吐量。衛星能夠傳輸的數據量比光纖現在處理的數據少了好幾個量級。谷歌表示，其一些較新的光纖線路可以處理每秒 340 TB 的數據；大多數電纜承載的數據較少，但仍遠遠超過美國太空總署表示可在 Ku 頻段（12-18 GHz）（一種廣泛使用的微波頻率）通過衛星發送的每秒 5 GB。
HEIST 團隊計劃部分透過使用更高頻寬的雷射光學系統與衛星通信來解決這個問題。美國太空總署長期以來一直在研究光學通信，最近一次是在其 Psyche 小行星任務中進行的實驗。Starlink 為其最新的衛星配備了用於衛星間通信的紅外線雷射器，而亞馬遜 Kuiper 專案也表示，該公司計劃使用雷射通信。美國太空總署表示，衛星雷射器可以承載的數據至少是無線電傳輸的 40 倍——仍然遠低於電纜容量，但這是一個重大進展。
雷射傳輸仍然有局限性。例如，它們很容易被雲、霧或煙霧阻擋。它們必須精確瞄準。訊號的延遲也是一個問題，尤其是對於處於較高軌道的衛星而言。HEIST 團隊表示，它將測試拓展頻寬和縮短信號延遲時間的新方法——例如，透過聚合可用的無線電頻率，以及透過在出現問題時確定發送哪些數據的優先層級。「所以有辦法解決這個問題，」康奈爾大學的法爾科說，「但沒有一個是靈丹妙藥。」
法爾科表示，找到好答案的關鍵是 HEIST 的開源流程。「我們會讓它超級公開，我們會希望大家能夠挑剔其中的漏洞，」他說。他表示，這個計畫的下一階段需要經過反覆的討論和創新。「我們會比任何人想像的還要快地實現這一能力。」
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