太空资产是国家资产，太空安全是国家安全。随着太空技术在政治、经济、军事、文化等各个领域的应用不断增加，太空已经成为诸多国家赖以生存与发展的命脉之一，凝聚着巨大的国家利益，太空安全的重要性日益凸显。而在信息化时代，太空安全与信息安全紧密地结合在一起。美国自2020年起，连续两年举办太空信息安全挑战赛“黑掉卫星（Hack-A-Sat）”，总共吸引了全球9000多人次参与，其中包括PPP、DragonSector、P4等众多顶级的职业CTF队伍。本书重点对“Hack-A-sat 2020”比赛的题目进行了深入研究，按照天体测量、卫星平台、地面段、通信系统、卫星载荷及其他等六个方面面临的安全挑战，依次分析比赛的相关题目。
本书既可以作为航天工作者的一本信息安全参考书，也可以作为信息安全人员对太空知识的科普书。

雷思磊，硕士毕业于解放军理工大学计算机科学与技术专业，高级工程师。学的是信息安全，做的是航天科技，爱的是处理器架构，笃信交叉领域易创新，著有《步步惊“芯”——软核处理器内部设计分析》《自己动手写CPU》等书。

第1章 太空信息安全挑战赛介绍
1.1 太空信息安全挑战赛的基本情况
1.2 太空信息安全挑战赛情况分析
1.2.1 挑战赛题目分析
1.2.2 挑战赛人员分析
1.2.3 挑战赛成绩分析
1.3 测试、分析环境搭建
1.3.1 虚拟化、容器、Docker
1.3.2 HAS2020资格赛的文件结构
1.3.3 basic-file示例
1.4 本书的结构
第2章 天体测量信息安全挑战
2.1 模拟卫星视角——beckley
2.1.1 题目介绍
2.1.2 编译及测试
2.1.3 相关背景知识
2.1.4 题目解析
2.2 确定卫星的姿态——attitude
2.2.1 题目介绍
2.2.2 编译及测试
2.2.3 相关背景知识
2.2.4 题目解析
2.3 寻找恒星1——centroids
2.3.1 题目介绍
2.3.2 编译及测试
2.3.3 相关背景知识
2.3.4 题目解析
2.4 干扰卫星姿态控制环路——filter
2.4.1 题目介绍
2.4.2 编译及测试
2.4.3 相关背景知识
2.4.4 题目解析
2.5 寻找恒星2——spacebook
2.5.1 题目介绍
2.5.2 编译及测试
2.5.3 题目解析
2.6 寻找恒星3——myspace
2.6.1 题目介绍
2.6.2 编译及测试
2.6.3 相关背景知识
2.6.4 题目解析
第3章 卫星平台信息安全挑战
3.1 奇妙的总线——bus
3.1.1 题目介绍
3.1.2 编译及测试
3.1.3 相关背景知识
3.1.4 题目解析
3.2 利用维护接口dump内存——patch
3.2.1 题目介绍
3.2.2 编译及测试
3.2.3 相关背景知识
3.2.4 题目解析
3.3 汇编代码变量未初始化漏洞——sparc1
3.3.1 题目介绍
3.3.2 编译及测试
3.3.3 相关背景知识
3.3.4 题目解析
第4章 地面段信息安全挑战
4.1 控制卫星地面站跟踪卫星——antenna
4.1.1 题目介绍
4.1.2 编译及测试
4.1.3 相关背景知识
4.1.4 题目解析
4.2 解读卫星遥测数据——verizon
4.2.1 题目介绍
4.2.2 编译及测试
4.2.3 相关背景知识
4.2.4 题目解析
4.3 发送遥控指令控制卫星——goose
4.3.1 题目介绍
4.3.2 编译及测试
4.3.3 题目解析
4.4 解析出地面站跟踪的卫星——rbs_m2
4.4.1 题目介绍
4.4.2 编译及测试
4.4.3 相关背景知识
4.4.4 题目解析
第5章 通信系统信息安全挑战
5.1 简单的卫星通信信号分析——phasor
5.1.1 题目介绍
5.1.2 编译及测试
5.1.3 相关背景知识
5.1.4 题目解析
5.2 56K调制解调器——modem
5.2.1 题目介绍
5.2.2 编译及测试
5.2.3 相关背景知识
5.2.4 题目解析
5.3 进阶的卫星通信信号分析——phasor2
5.3.1 题目介绍
5.3.2 编译及测试
5.3.3 相关背景知识
5.3.4 题目解析
第6章 卫星载荷信息安全挑战
6.1 控制卫星载荷任务调度——monroe
6.1.1 题目介绍
6.1.2 编译及测试
6.1.3 相关背景知识
6.1.4 题目解析
6.2 修改卫星载荷数据库——spacedb
6.2.1 题目介绍
6.2.2 编译及测试
6.2.3 相关背景知识
6.2.4 题目解析
6.3 AES加密通信链路侧信道攻击——leaky
6.3.1 题目介绍
6.3.2 编译及测试
6.3.3 相关背景知识
6.3.4 题目解析
6.4 卫星载荷平台逆向工程攻击——rfmagic
6.4.1 题目介绍
6.4.2 编译及测试
6.4.3 相关背景知识
6.4.4 题目解析
第7章 其他太空信息安全挑战
7.1 定位卫星——jackson
7.1.1 题目介绍
7.1.2 编译及测试
7.1.3 相关背景知识
7.1.4 题目解析
7.2 卫星任务规划制订——mission
7.2.1 题目介绍
7.2.2 编译及测试
7.2.3 题目解析
7.3 寻找阿波罗导航计算机中被修改的PI——apollo_gcm
7.3.1 题目介绍
7.3.2 编译及测试
7.3.3 相关背景知识
7.3.4 解法一
7.3.5 解法二
参考文献

深邃星空给了诗人思想
跳舞的舞台。2300多年前
，中国古代伟大的爱国诗人
屈原用一首《天问》满怀激
情地描写了日月星辰，驰骋
想象，催人深思。
深邃星空给了智者捍卫
真理的勇气。420多年前，
意大利科学家乔尔丹诺·布
鲁诺以生命捍卫哥白尼“日
心说”，420多年后，鲜花广
场屹立着他的铜铸雕像。
深邃星空给了画家抒情
达意的灵感。130多年前，
荷兰后印象派画家文森特·
梵高创作的传世佳作《星月
夜》，生动地描绘了充满运
动和变化的星空。
人类对星空的遐想和向
往一刻也没有停，从东方到
西方，从古代到现代，从神
话到科学，从月球到深空，
从万户到戈达德，从阿姆斯
特朗到杨利伟。1957年10
月4日，苏联拜科努尔航天
中心发射了斯普特尼克一号
——一个直径仅58cm的铝
制球体，代表人类第一次探
访了星空，从此拉开了人类
太空时代的大幕。
在此后的60多年间，随
着一个个空间探测器的发射
，月球、火星、木星，直到
太阳系的“天涯海角”逐渐被
人类揭开神秘面纱；随着一
颗颗通信卫星、导航卫星、
气象卫星、遥感卫星、科学
探测卫星、军事卫星的发射
，航天应用逐渐深入人类生
活的各个角落。
星空从未离我们如此接
近，星空从未对我们如此重
要。
让我们暂时离开星空，
进入另一个领域——互联网
，1969年，互联网带着开
放共享的初衷来到了世界，
人类满怀欣喜。1988年11
月2日，美国康奈尔大学的
学生罗伯特·莫里斯写的一
个仅仅99行代码的用于检验
网络安全的软件，成为互联
网上第一个“蠕虫”病毒。它
几乎颠覆了整个互联网。从
那时起，互联网似乎离开放
共享的初衷渐行渐远。
星空会不会也是这样的
？人类带着憧憬和幻想、激
动和期待迎来了太空时代，
从不成熟到成熟，从小规模
到大规模，从单一用途到多
种用途，像极了互联网，而
太空“蠕虫”病毒什么时候问
世，尚不可知……
美国的拉斯维加斯每年
如期召开DEFCON极客大会
，这是全球顶级的安全会议
，诞生于1993年，被称为
极客界的“奥斯卡”，每届会
议吸引近万名参会者，除来
自世界各地的极客、安全领
域研究者、爱好者，还有全
球许多大公司的代表，以及
美国国防部、联邦调查局、
国家安全局等政府机构的官
员。在2019年举办的
DEFCON27会议上，主办方
宣布要在下一次会议上举行
太空信息安全挑战赛，正式
名称是“黑掉卫星（Hack-
A-Sat ）”。比赛分为两个
阶段：资格赛和决赛，采用
积分制，资格赛中积分靠前
的8支参赛队将进入决赛。“
黑掉卫星”太空信息安全挑
战赛在2020年、2021年连
续两年成功举行，总共吸引
了全球9000多人次参与，
其中包括PPP、Dragon
Sector、P4等众多顶级的职
业 CTF队伍。
“黑掉卫星”，这个名字
简单直白，让人为之一振、
印象深刻，比赛通过题目设
置为我们展现了太空技术的
脆弱性，卫星在太空中就像
风筝一样，容易被挟持、被
监听、被破坏、被篡改、被
欺骗。2021年，我们几位
信息安全爱好者，接触到了
这个神秘而且极具挑战性的
比赛，我们组成了兴趣小组
，对这个比赛进行了深入的
分析研究，在此基础上，将
相关研究成果编辑成册，期
望有更多卫星设计者、信息
安全人士能够通过我们的工
作认识到太空信息安全的严
峻性，参与到太空信息安全
的建设中，共同预防和阻止
太空“蠕虫”的问世。
全书共7章，由兴趣小组
的五名成员共同编写完成。
其中，第1章主要对太空信
息安全挑战赛的赛事情况进
行了介绍，第2章～第7章分
别对天体测量、卫星平台、
地面段、通信系统、卫星载
荷及其他等六个方面的挑战
题逐一进行了解析。雷思磊
编写了本书的第1、6、7章
，亢新宇编写了本书的第2
章，刘雷编写了本书的第3
章，仇婕编写了本书的第4
章，刘玉玺编写了本书的第
5章，全书由雷思磊策划、
统稿、修订。
太空信息安全是航天与
信息安全的交叉领域，涉及
知识广，专业性强，小组成
员虽对本书内容进行了多次
探讨、校对，但由于作者水
平有限，书中难免有不妥之
处，请广大读者不吝赐教，
及时告知我们，我们将不胜
感激，并迅速更正。
作者