揭秘好奇號(hào)計(jì)算架構(gòu)和操作系統(tǒng)

火星探測(cè)歷史上最遠(yuǎn)的一次ROM刷新已經(jīng)完成——NASA昨晚宣布，已經(jīng)完成了對(duì)好奇號(hào)火星漫游車的固件更新。NASA沒有公布好奇號(hào)固件升級(jí)的細(xì)節(jié)，不過既然NASA能在數(shù)億公里外將代碼傳輸給好奇號(hào)，那么為什么黑客不能做同樣的事情?沒有理由說黑客不能控制好奇號(hào)。

好奇號(hào)火星車

從計(jì)算機(jī)架構(gòu)上來說，好奇號(hào)的主計(jì)算機(jī)運(yùn)行VxWorks操作系統(tǒng)，這種系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在通信、軍事、航空等領(lǐng)域(如F-16戰(zhàn)斗機(jī)、B-2隱形轟炸機(jī)、愛國者防空導(dǎo)彈使用的都是這種操作系統(tǒng))，一些早期的火星探測(cè)器，如1997年7月登陸火星的探路者號(hào)使用的也是這種操作系統(tǒng)。

上圖是好奇號(hào)的主計(jì)算機(jī)，它具備256K EEPROM、256MB內(nèi)存、2GB閃存，CPU為BAE RAD750，運(yùn)行頻率110-200MHz，基于IBM PowerPC 750架構(gòu)，可以承受-55～+70攝氏度極端溫差及1000gray的太空輻射。

從固件升級(jí)流程而言，新固件需要穿越好奇號(hào)長達(dá)8個(gè)月的火星之旅的行程到達(dá)目的地。上周六，NASA的任務(wù)指揮下達(dá)傳輸指令，開始了升級(jí)計(jì)劃。 “我們下達(dá)一系列指令，然后與漫游車失去聯(lián)系長達(dá)8個(gè)小時(shí)”NASA火箭推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)軟件工程師 Steve Scandore表示，“升級(jí)需要多個(gè)步驟，完成后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，直到第二天自行開啟。之后我們可以看到它前一天的工作記錄。”

NASA 冒如此大的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程固件升級(jí)，也不是沒有理由。由于使用的是數(shù)年前的技術(shù)，好奇號(hào)的主ROM容量有限，在登陸狀態(tài)下，好奇號(hào)的軟件是為導(dǎo)航和進(jìn)入火星大氣層、下降及著陸而優(yōu)化的。既然好奇號(hào)已經(jīng)著陸，導(dǎo)航就不需要了。所以軟件要被替換，專門為開拓和探測(cè)分析進(jìn)行優(yōu)化。

攻擊好奇號(hào)的正確步驟

這些信息不禁讓人產(chǎn)生某種想法——NASA能阻止別的人擅自升級(jí)好奇號(hào)的固件 ?好奇號(hào)能避免被黑嗎?

答案是：NO

黑掉好奇號(hào)的正確步驟

理論上,好奇號(hào)也是可以被黑的，雖然這個(gè)難度相當(dāng)之高。

如果你真的打算黑掉好奇號(hào)，首先，需要制造等同NASA的深空通訊網(wǎng)(DSN，發(fā)送和接受信號(hào)的巨大天線網(wǎng)和射電天文臺(tái))。為了發(fā)送上傳信息，深空通訊網(wǎng)的天線(長達(dá)70米)裝置輸出功率必須達(dá)到400千瓦以上。而為了保證全天候通訊，你至少要在世界上6個(gè)不同地點(diǎn)都建立起這樣規(guī)模的通訊基站。如果是在偏遠(yuǎn)地區(qū)，考慮到整個(gè)通訊基站的運(yùn)作，最好使用商業(yè)化的小型核反應(yīng)堆供電(美國、法國都有相關(guān)公司出售這類產(chǎn)品)。

位于美國本土沙漠中的一座深空通訊網(wǎng)(DSN)基站

DSN的天線，從其饋源支架上的樓梯可以看出這家伙的大小

一個(gè)典型的DSN基站由數(shù)十個(gè)天線構(gòu)成

其次，黑客必須復(fù)制同樣的通訊協(xié)議編碼(NASA使用與衛(wèi)星電視相同的QPSK編碼協(xié)議，但有很多細(xì)節(jié)不同)并使用同一頻率(8Ghz左右)，嘗試與好奇號(hào)進(jìn)行通信。要破解NASA的通訊協(xié)議可不是一件簡(jiǎn)單的事情，這個(gè)步驟可能需要耗費(fèi)你數(shù)年的時(shí)間。為了保證工作效率，你最好招募一支由頂尖黑客組成的團(tuán)隊(duì)，并構(gòu)建自己的超級(jí)計(jì)算機(jī)集群。在對(duì)各種通信協(xié)議和命令格式有了充分準(zhǔn)備之后，黑客就可以通過自己的天線與好奇號(hào)連接。

一旦聯(lián)絡(luò)上火星漫游車，剩下的就是標(biāo)準(zhǔn)的黑客流程了：破解好奇號(hào)主計(jì)算機(jī)的防火墻，攻入內(nèi)部獲得權(quán)限。這個(gè)看起來很簡(jiǎn)單的步驟也充滿了艱難。好奇號(hào)運(yùn)行的 VxWorks是一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，所有程序?qū)ind內(nèi)核的訪問都受到強(qiáng)制性控制，要通過溢出攻擊獲得它的控制權(quán)幾乎是不可能的事情，也許一些在嵌入式領(lǐng)域造詣極深的大師級(jí)黑客能夠找到漏洞，但普通黑客將很難越雷池一步。

好奇號(hào)身上所有復(fù)雜的設(shè)備都運(yùn)行在VxWorks系統(tǒng)之上

攻擊好奇號(hào)的更簡(jiǎn)單粗暴方法

不過，我們可能還有一種更簡(jiǎn)單、便宜、有效的方法控制好奇號(hào)。

更簡(jiǎn)單粗暴的方法

這個(gè)方法的流程簡(jiǎn)單粗暴：入侵NASA，用NASA內(nèi)部裝置控制好奇號(hào)。理論上，黑客可以入侵NASA火箭推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的控制臺(tái)，然后發(fā)送黑客指令。同樣，像007特工那樣直接只身進(jìn)入控制臺(tái)，插入準(zhǔn)備好的U盤，給好奇號(hào)發(fā)送黑客指令也不是不可以。

今年5月份，NASA發(fā)表聲明稱，他們?cè)獾蕉噙_(dá)47次黑客攻擊，其中有13次，來自中國的黑客甚至進(jìn)入了NASA內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。在某次攻擊中，NASA的150 位雇員的注冊(cè)資格證書被盜，這些證書可能被用于入侵其他機(jī)密系統(tǒng)。在另一次黑客攻擊中，黑客們?nèi)〉昧薔ASA系統(tǒng)的完全控制權(quán)，可以刪除或修改文件，上傳黑客工具，甚至修改系統(tǒng)文件隱藏他們的入侵痕跡。

另外，在2009至2011年間，NASA員工的手提電腦被盜48次，這些電腦中載有國際空間站的控制代碼。不難看出，好奇號(hào)和NASA確實(shí)受到過黑客的攻擊威脅。

當(dāng)然，黑客并不全是恐怖分子，也許黑客們并非想要攻擊國際空間站或好奇號(hào)，他們只是對(duì)這些空間實(shí)驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)感興趣。

無論如何，本文的結(jié)論已經(jīng)相當(dāng)明顯：NASA、好奇號(hào)、甚至國際空間站，它們被黑都不是不可能，但這么做需要付出極大的代價(jià)，對(duì)于一般人來說完全不值得。

也許，等到哪天地球人能真正移民到周圍行星，比如31世紀(jì)發(fā)生太空資源爭(zhēng)奪大戰(zhàn)的時(shí)候，搞黑客破壞會(huì)更有現(xiàn)實(shí)意義吧。