海缆状态监测中的信息安全浅析

3/27/2019,近年来，中国的海岛开发、海上风电建设、海洋石油平台建设方兴未艾，建设规模呈快速增长态势。光电复合海底电缆（以下简称“海缆”）是必不可少的基础设施，承担了大陆、海上风电场、海岛、海洋石油平台之间的电力输送和信息通讯。为避免锚害、捕鱼、洋流等原因损害海缆，通常会采用一套状态监测系统对海缆实时监控，以保障其安全运行。同时，笔者关注到该监测系统也有收集、存储、分析相关海域的船只运行信息，以及电缆路由信息的能力，可能会引起信息安全的顾虑。此风险目前尚未引发关注，本文抛砖引玉，提供些许浅见以供参考。
   
一、海缆监测必要性和发展现状
   敷设在海底的海缆时刻会受到船锚、捕鱼设备、洋流、潮汐等因素威胁，损坏后维修周期长、成本高，造成的直接和间接损失巨大。2017年3月福建某岛10kv供电海缆锚害受损，直接影响到岛上1万多居民用电，线路抢修时间长达6天5夜，经济损失高达数千万。因此，采用有效手段监测海缆运行状态，避免重大事故发生，显得尤为必要。
利用海缆内置光纤作为传感介质实时监测温度、扰动，可及时发现海缆异常状况，结合AIS船舶识别预警系统、岸基雷达系统和视频监控系统，可监测海缆运行状态，对影响海缆安全的事件发出报警。可记录和分析海域船舶的信息状态和停泊行为，作为事故索赔的证据，并可通过文字及其语音信息通知船舶驶离，保障海缆安全运行。海缆监测系统已被行业普遍认可，是相关海洋工程建设的必要设施。

   据国际电缆保护协会（ICPC）统计，锚害是海缆故障的主要原因。海缆监控系统中，扰动监测主要用于在海缆遭受锚砸、锚挂时发出报警。其原理是：光在光纤中传输时会产生瑞利散射现象，当有外物触碰或入侵时，引发的振动将导致入侵位置光纤的折射率等结构参数产生变化，使该处光的相位发生变化。脉冲光前后沿的干涉作用，将引起后向瑞利散射光强发生变化。通过探测瑞利散射光强度的变化即可准确探测入侵事件。系统通过发射脉冲与接收信号之间的时间差以及光速来计算入侵的位置。

 
                              图1 光纤扰动监测原理

   随着科技的发展，基于瑞利效应的分布式光纤扰动监测系统已经发展较为成熟，振动感应的灵敏度极高，可实现声波级探测。在民用民用领域应用于海缆监测、周界安防等场景，在军事上亦可作为敷设于海底的光纤水声传感器（水听器），主要用于监测他国的水下潜艇。
早在上个世纪70年代末，英美法等国家便着手开展军用光纤水听器的研究。美国国防部更是把光纤海底监视系统列入当时的22 项关键技术之一。在应用方面，美国和日本已经将海底水听器阵列投入实用，中国紧随其后也已布设了自己的光纤水听器海底观测网络。

二、海缆监测中的信息安全风险
   高精度的海缆扰动监测系统在监测海缆的扰动、位移等状况时，甚至能同时监测海缆周边海洋环境带来的振动和声波。实践表明，扰动监测系统可根据船舶振动特征（如强度、频率等信息），可分析船舶跨越海缆敷设区域的航行状况。
下图为浙江舟山的某局部海域图。安装了监测系统的海缆位于舟山海丰客运码头到长白岛之间，长度约3km，埋深约2m。根据实际观测监测数据，某日海缆监测系统捕获某大型船舶作业跨越海缆区的运动轨迹，结合AIS数据，判断该船为ALP Striker。
 

  
   研究和实践表明，海缆扰动监测系统既能实时监测海面动态，又能在运营中累积海量数据，因此应当慎重对待，防止泄密。具体来说，对外设备的采购、安装、调试、维修等环节要注重保密，设备应购置于可靠厂家，设备的维修、升级、更换零部件应在监督下进行，更换下的零件实行销毁处理，禁止带出国内，以防泄密。

   另一方面，如海缆监测设备中存在寄生监测行为（超出监测设备规定监测范围的监测行为），亦有可能导致不可预知的信息安全风险。

   2012年10月份美国国会众议院情报委员会公布了对中国通信设备企业中兴和华为的调查报告给了我们一些参考，根据该报告内容，“无法确信华为和中兴不受中国影响，这种影响带来了对美国和美国通信系统的安全威胁。……对于中国通讯行业、在美运营的特定公司的历史背景与经营状况以及这些公司与中国政府之间可能存在的关系，委员会可以获得的信息非常有限。……因此会引发安全隐患。”

事实上，在海缆监测领域，对外国设备我们常常也是“获得的信息非常有限”。

   斯诺登称，美国通过思科等网络设备供应商长期监控大陆网络信息，印证了此类寄生监测情形很可能真实存在。思科参与了中国几乎所有大型网络项目的建设，涉及政府、海关、邮政、金融、铁路、民航、医疗、军警等要害部门的网络建设，建设之初未能引起警觉，棱镜门曝光信息安全引发巨大关注后，相关部门和企业才开始着手去思科化。海缆监测建设应该未雨绸缪，重视信息安全。

三、海缆的信息安全应当引起重视
   中国的海岛开发、海上石油平台建设、海上风电建设正在如火如荼开展。以海上风电建设为例，来自前瞻产业研究院的海上风电行业分析报告指出，目前我国海上风电开发已经进入了规模化、商业化发展阶段。根据各省海上风电规划，全国海上风电规划总量超过8000万千瓦，重点布局分布在江苏、浙江、福建、广东等省市；为获取更多的海上风能资源，海上风电项目将逐渐向深海、远海方向发展。海缆在未来将密集分布于近海和远海。

   如何制定海缆监测设施的选取标准，如何保障海缆安全运行的同时确保敏感船舶信息安全，是国家信息安全对海缆监测系统提出的新挑战。国外设备带来的风险应当引起重视，采用安全、自主、可信、可控的国产化设备无疑可以大大降低信息安全风险。