美潛艇如何竊聽我國海底光纜

        最近，多家外媒爆出美國對海底光纜進(jìn)行竊聽的丑聞，日本媒體還稱美國曾請求日本政府協(xié)助監(jiān)聽中國光纜。那么光纜是如何被美國竊聽的呢，我們又如何防止光纜被竊聽呢?

美國竊聽他國的“黃金時(shí)代”

        一直到上個(gè)世紀(jì)八十年代末，在衛(wèi)星和微波通訊仍擔(dān)負(fù)著全球90%的聲音與數(shù)據(jù)通訊傳播，就連絕密的外交電報(bào)也只能通過這兩種通訊手段發(fā)送的時(shí)候，美國國家安全局進(jìn)入了竊聽的“黃金時(shí)代”：美國的間諜衛(wèi)星群，加上分布在日本、澳大利亞、英國和德國的地面?zhèn)陕犝?，把通過上述手段傳送的聲音和數(shù)據(jù)通訊一網(wǎng)打盡，連當(dāng)時(shí)被許多國家視為最保密的海底銅線電纜越洋電話，也被國家安全局“摟草打兔子”似地一網(wǎng)打盡。

        如此好景延續(xù)到1986年。一個(gè)“意外”出現(xiàn)了，這個(gè)“意外”的出現(xiàn)差點(diǎn)讓美國國安局成了聾子。這個(gè)“意外”便是美國著名的“美國電話電報(bào)公司”(AT&T)推出的海底光纖電纜?？蓜e小看這條并不粗壯的電纜，它一次可以讓40000門電話同時(shí)通話，是當(dāng)時(shí)全世界銅線海底電纜通話總量的5倍。如此了得的最新通訊技術(shù)自然被各家通訊運(yùn)營商紛紛看好，世界各國紛紛開始鋪設(shè)海底光纜——這標(biāo)志著海底光纜時(shí)代的到來。尤其是1989年，跨越太平洋全長13200公里的(TPC-3)海底光纜也建設(shè)成功，從此，海底光纜就在跨洋洲際海纜領(lǐng)域取代了同軸電纜，世界通訊可謂在一夜之間邁入了“光纜”時(shí)代。

        美國國家安全局則是隨著光纜的普及，一夜之間從竊聽“黃金時(shí)代”被推進(jìn)了“聾子時(shí)代”：間諜衛(wèi)星、地面?zhèn)陕犝?、海洋偵察船差一點(diǎn)成了擺設(shè)了。因?yàn)樵絹碓蕉嗟脑窖箅娫?、軍方雷達(dá)訊信、電子郵件，都開始轉(zhuǎn)由光纖電纜傳輸，傳統(tǒng)的竊聽手段能捕捉到的情報(bào)變得越來越少。

        光纜通信出現(xiàn)后，由于光纖通信的載體——光波是在封閉媒質(zhì)光纖的內(nèi)部傳輸?shù)?，很難從光纖中泄漏出來，即使在轉(zhuǎn)彎處，彎曲半徑很小時(shí)，漏出的光波也十分微弱，若在光纖或光纜的表面涂上一層消光劑效果更好，這樣，即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)很多，也可實(shí)現(xiàn)無串音干擾，在光纜外面，也無法竊聽到光纖中傳輸?shù)男畔?。對光信號的竊聽變得困難。特別是海底光纜以其安全、隱蔽性強(qiáng)格外受到重視。但隨著技術(shù)的發(fā)展，光纖通信的絕對安全性已被打破，對于海底光纜的竊聽，逐步由設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)。

       竊聽光纖的基本步驟：首先將需要竊聽的光纖放入一個(gè)設(shè)備中被適當(dāng)彎曲(1).從光纖中折射出來的 光線被設(shè)備中的光學(xué)檢測設(shè)備拾取(2)，然后發(fā)送給光電轉(zhuǎn)換設(shè)備(3).光電轉(zhuǎn)換裝置將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過以太網(wǎng)線將數(shù)據(jù)傳送到電腦上。

        1989年初，美國國家安全局開始進(jìn)行竊聽海底光纜的技術(shù)研究。90年代中期，美國國家安全局進(jìn)行了海底光纜的首次竊聽實(shí)驗(yàn)。在這次實(shí)驗(yàn)中，美國特工人員乘一艘特制的間諜潛艇潛入洋底，通過特殊手段將一段海纜扯進(jìn)間諜潛艇的特制工作艙內(nèi)，成功地切開了一條海底光纜。此次實(shí)驗(yàn)未被光纜運(yùn)營商發(fā)現(xiàn)，這標(biāo)志著美國已經(jīng)從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了對海底光纜的竊聽。2005年3月，美軍核動力攻擊潛艇“吉米·卡特”號正式服役，值得關(guān)注的是它不僅具有強(qiáng)大的作戰(zhàn)能力，而且它是具有竊聽海底光纜的能力的一艘特種潛艇。從此，光纖通信就變得不再安全。

        在其后的這些年中，美國國家安全局仍不遺余力開發(fā)竊聽海底光纜的技術(shù)和設(shè)備，并取得成功。2001年的“9-11”事件后，美國建立的反恐包圍圈為海底光纜竊聽提供了有力的支持，美、英等英語圈5國計(jì)劃在獲取光纜通信情報(bào)方面進(jìn)行合作。

對光纜竊聽的技術(shù)難題

        不過，盡管看起來似乎竊聽光纜很容易，但是對海底光纜進(jìn)行竊聽需要解決的技術(shù)難題也不少，這些難題主要有以下幾個(gè)方面，光纜定位、光纜開剝、信號竊取、信號分析、信號傳輸?shù)取?/p>

       光纜定位：海底光纜敷設(shè)一般均采取埋設(shè)方式，埋設(shè)深度在1米以上，在不掌握海纜敷設(shè)路由資料的情況下在海底實(shí)現(xiàn)對直徑不超過60mm的埋設(shè)海底光纜的精確定位非常困難。一般會采用金屬探測器法，用金屬探測器在可能的路由區(qū)域找到海底光纜。

        在廣袤的海洋深處，找到目標(biāo)光纜并不是一件非常容易的事

        光纜的開剝：埋設(shè)在海底的海纜埋設(shè)余量較小，而對光纜進(jìn)行開剝需要有一段長度，因此需要在海床上將光纜沖出一定的長度，這就需要水下機(jī)器人( ROV)來完成。海底光纜結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般有無鎧、單鎧、雙鎧等幾種，近海以雙鎧裝海底光纜最為常見。在不對通信造成影響的前提下對海底光纜進(jìn)行開剝，從外到內(nèi)將外護(hù)層、鎧裝、不銹鋼光纖套管層層剝開，這種開剝不能對光纜造成永久性損害，否則開剝過的部分在深海強(qiáng)大水壓的作用下會很快出現(xiàn)滲水，使海纜通信出現(xiàn)故障而中斷，竊聽位置就暴露了，達(dá)不到長期竊聽的目的。因此對海底光纜的開剝應(yīng)該是在靜態(tài)的海底作業(yè)艇中完成的，開剝完成接入竊聽裝置后還會恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)，如同在海纜上做了一次接頭，英國曾于二十世紀(jì)七十年代研制過一種海底作業(yè)艇用于在海底修復(fù)電力電纜，"卡特"號攜帶的袖珍潛艇工作原理應(yīng)該與其相似。

        光纜竊聽：一般的竊聽方法是光纜竊聽法。一種是用一根類似生病打針的針頭，針管的中空是一根相應(yīng)的光纖引線。將海底光纜鎧裝開剝后用長針刺入光纜內(nèi)護(hù)套，直達(dá)光纖。于是針頭的光纖和光纜的光纖連通，光束會被部分地引入竊聽儀器。但光纜中激光的光強(qiáng)衰減并不影響光纜的正常工作。一種是光線對比法攝取光的信號-光線對比法就是讓和激光不同波段的光線沿光纖的徑向射過光纖，從而得到了相應(yīng)脈沖信號的光信號，進(jìn)而翻譯成電信號，達(dá)到竊聽的目的。另一種是將光纜開剝至裸纖，將裸纖略彎曲，在彎曲處提取泄露信號。還有一種是中繼站竊聽，顧名思義，就是通過在打開光纜中繼器加裝竊聽裝置來實(shí)現(xiàn)竊聽。

         彎曲光纖的竊聽原理：在1這個(gè)位置，光纖被嚴(yán)重彎曲之后，激光能從1點(diǎn)拾取，復(fù)制數(shù)據(jù)同步從2點(diǎn)射入，這樣可以不中斷通訊，并不被發(fā)現(xiàn)斷點(diǎn)所在。

        信號分析：光纜傳輸?shù)男盘栠_(dá)G比特級，要在如此大容量的信息流中進(jìn)行分析、篩選，得到有用信息，工作量相當(dāng)大。在早期，美國實(shí)現(xiàn)了光纜竊聽的時(shí)候，卻對截獲的數(shù)據(jù)一籌莫展，因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒有處理光纖電纜傳輸如此之大量通訊信息的能力，這等于是說美國國安局還無法從竊取的原始資料中撈出有用的情報(bào)。

 美國特種核潛艇如何實(shí)現(xiàn)竊聽海底光纜

        中美海底光纜有四對光纖，在中國大陸和美國大陸各設(shè)兩個(gè)登陸站，形成環(huán)形，并以分支方式連接中國臺灣、日本、韓國、關(guān)島，中美海底光纜包括美國班頓、日本千倉、韓國釜山、崇明、臺灣枋山、汕頭、日本沖繩、美國關(guān)島。由于此系統(tǒng)在美國有登陸站，在陸上就可竊聽此光纜的信號，無需興師動眾派“吉米·卡特”號去竊聽。而東海和南海是美間諜核潛艇最有可能出沒的地區(qū)。這兩個(gè)海區(qū)海底深度較大，海底地形復(fù)雜，有利于核潛艇出沒。由于海狼級最大下潛深度可高達(dá)610m，最大航速(水下)高達(dá)35節(jié)，因此可迅速隱蔽地到達(dá)預(yù)定海區(qū)，放出小潛艇(載有海底機(jī)器人)潛入我近海海岸竊聽光纜信號，放出海底機(jī)器人通過電視遙控切割光纜，并連接竊聽數(shù)據(jù)的光纜回母潛艇。此技術(shù)現(xiàn)已非常成熟，中美海底光纜被魚網(wǎng)刮斷，日本維修船就是用此方法將海底70m處的斷纜接好。通過母潛艇分析處理所獲得的信息，從而獲得所需情報(bào)。此乃現(xiàn)場即時(shí)竊取信息，還可能把偷接的竊聽光纜延長至陸地的竊聽基地，當(dāng)然無需將偷接的竊聽光纜延長至沖繩或關(guān)島，到臺灣就很近。

        監(jiān)聽光纜通信的重任，交給了美國海軍第3艘“海狼”級攻擊型核潛艇“吉米·卡特”號(SSN一23)。該艇為竊聽海底光纜量身定做了多任務(wù)平臺，搭載有最先進(jìn)的電子偵察設(shè)備，可在水下搜集情報(bào)，包括對重要目標(biāo)進(jìn)行偵察監(jiān)視和竊聽海底光纜通信，因此成為美國國家安全局最理想的“水下間諜”。在正式服役后，“吉米·卡特”號核潛艇監(jiān)聽的目標(biāo)是太平洋及地中海的光纜網(wǎng)，監(jiān)聽的位置可能在日本、中國和新加坡之間以及歐洲、中東之間。

        “吉米·卡特”號將利用其可竊聽海底光纖電纜的設(shè)備，展示美軍海軍艦艇前所未見的海底“超級特務(wù)”性能。

        “吉米·卡特”號在前2艘的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上做了大幅的改動，艇體加裝一段長30余米的“補(bǔ)充艙”以增加有效載荷，開發(fā)這一艙段耗資達(dá)9.23億美元。而且從概念形成到最終建成只用了不到5年，避免了剛下水就“技術(shù)落伍”的尷尬局面。“吉米·卡特”號還擔(dān)負(fù)新一代武器、傳感器和水下航行器的試驗(yàn)任務(wù)，可以用于水下戰(zhàn)概念的秘密研究、開發(fā)、測試和評估，因此被稱為美國海軍的“水下試驗(yàn)室”。此外，該潛艇還可搭載“先進(jìn)投送系統(tǒng)”，一次投送50名全副武裝的“海豹”突擊隊(duì)員。艇上還配有對接裝置，并可發(fā)射和回收小型潛艇。

        對于“吉米·卡特”號核潛艇的性能和主要用途，美國政府和軍方大多含糊其詞，只說是“執(zhí)行特殊”、“在反恐戰(zhàn)爭中扮演至關(guān)重要的角色”。也有“泄密”的，如美國國家安全理事會專家巴姆福德指出，“這艘核潛艇將來的主要功能就是搜集情報(bào)，雖然竊聽海底光纜通信是違反國際條約的，但這些信息卻十分有用”。

        那么我們可以大致分析“卡特”號竊聽海底光纜的工作過程。

1)潛艇潛近目標(biāo)海區(qū)，潛坐海底。以“海狼”610米的最大工作水深，在我國的大部分海域完成這個(gè)任務(wù)都不存在什么困難。

2)放出ROV攜帶金屬探測器根據(jù)已掌握的海纜路由資料(應(yīng)該多少掌握一些這方面的資料)尋找海底光纜，ROV的行動由母艇控制。

3)對海纜進(jìn)行定位后由ROV將光纜沖出適當(dāng)工作長度。

4)母艇放出類似海底工作艇的袖珍潛艇到光纜上完成竊聽裝置的安裝。

5)安裝完畢后恢復(fù)海底光纜外觀，將竊聽用的分支光纜接回母艇，由母艇上的巨型計(jì)算機(jī)對信息進(jìn)行分析過濾，得到有用信息。

6)竊聽裝置長期安裝在海底光纜上，象“吊鐘”吊在電纜上，信息通過上文所述方式傳回基地。

如何實(shí)現(xiàn)光纜的反竊聽技術(shù)

        隨著技術(shù)的發(fā)展，對光纜通信線路進(jìn)行竊聽已經(jīng)成為一種現(xiàn)實(shí)存在的威脅，光纜反竊聽技術(shù)已日益引起人們的關(guān)注。為了滿足光纖通信保密性能的要求，研究高度保密性能的光纖保密通信系統(tǒng)是非常重要的。

        世界上的事物，總是有矛有盾的，既然有人不遺余力的搞光纜竊聽，那么就要有一定的反竊聽手段，在第一代防竊聽光纜中，為了防止光纜被對方拉出、彎曲，采取的是一種“物理”辦法：在光纜里面預(yù)置兩條高應(yīng)力玻璃棒，如果一根光纖被彎曲到一定程度時(shí)，高應(yīng)力棒的存在會讓光纖崩掉，雖說我們損失掉了光纖，但竊聽方是得不到任何數(shù)據(jù)，而且機(jī)房能夠迅速找到斷點(diǎn)位置，這一類防竊聽技術(shù)是在物理層上防止或者監(jiān)測竊聽。比如監(jiān)測信號的劣化、丟失或者是信號功率的瞬態(tài)變化乃至丟失等, 通過對這些物理量的監(jiān)測, 來分析是否有竊聽, 進(jìn)而進(jìn)行自動的保護(hù)，這種手段是一種被動的手段。但是這種方法也有局限性，比如無法檢測出倏逝波耦合竊聽，此外為了檢測大多數(shù)類型的竊聽，信號衰減的限制都必須設(shè)置在較高的水平 這就會導(dǎo)致頻繁誤報(bào)，一次例行檢查就足以觸發(fā)告警。

       如果有必要，中國的相關(guān)水下設(shè)備也可以對敵方海底光纜進(jìn)行竊聽或切斷海底通信光纜等

        而目前, 唯一能防止傳輸?shù)男畔⒈桓`聽的主動手段, 是對傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密。目前用于光纖通信的加密技術(shù)主要有三種: 量子加密光通信技術(shù)、混沌加密光通信技術(shù)和光碼分多址( OCDMA) 加密技術(shù)，但目前來說，量子加密光通信技術(shù)、混沌加密光通信技術(shù)還處于研究階段，尚無法得到成熟的應(yīng)用，因此我們主要介紹一下光碼分多址技術(shù)。

        光碼分多址技術(shù)(optical code-division multiplexing access;OCDMA)是一種光域上的光信道多路復(fù)用和光網(wǎng)絡(luò)多址接入技術(shù)，OCDMA系統(tǒng)給每個(gè)用戶分配唯一的光碼作為該用戶的地址碼，對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息用該地址碼進(jìn)行光編碼，將多路不同的光編碼信號合在一起進(jìn)行傳輸，在接收端授權(quán)用戶以發(fā)端相同的地址碼進(jìn)行匹配光解碼，使多個(gè)不同用戶在同一傳輸系統(tǒng)中完成各自的信號傳遞，實(shí)現(xiàn)光信道多信道復(fù)用或光網(wǎng)絡(luò)多址接入。光碼分多址技術(shù)以其組網(wǎng)靈活抗干擾性強(qiáng)、保密性好、系統(tǒng)容量大等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。

        結(jié)語

        俄羅斯媒體稱，中國在量子通信領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界前列，已在潛艇上先行先試，深海保密通信取得了成功，對“反竊聽”意義重大。早在2011年10月份，中國就在國際上首次成功實(shí)現(xiàn)百公里內(nèi)量子實(shí)現(xiàn)信息傳輸，這為中國發(fā)射全球首顆“量子通信衛(wèi)星”奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。量子保密通信的應(yīng)用范圍很廣，凡需要保密的內(nèi)容都可以用。只需要在現(xiàn)有的光纜上加一個(gè)量子技術(shù)，就能實(shí)現(xiàn)在光纖網(wǎng)絡(luò)上的所有傳遞信息的保密。尤其在關(guān)鍵領(lǐng)域里，無論是電話通信還是網(wǎng)絡(luò)通信，中國的量子通信技術(shù)在背后都起著“保護(hù)神”的作用。