随着美海军部向分布式海上作战过渡，有必要开发新的系统、技术和程序，以限制作战人员暴露在敌人面前的时间。最普遍的暴露形式之一是使用指挥与控制（C2）设备时产生的射频（RF）足迹。本研究分析了在远征先进基地作战（EABO）中操作无人系统（UxS）所产生的作战人员暴露风险。为了分析 UxS 操作的射频足迹，研究将确定 UxS 与操作员之间如何进行 C2，以及如何通过安全协议和方法保护传输的数据免受网络攻击。利用这项研究制定了行动概念（CONOPS）和场景，以研究射频足迹如何随着无人潜航器自主水平的变化而变化。在建模和仿真环境中实施 CONOPS 和场景，以检查 UxS 自主水平和用于保护 C2 链路的安全协议的影响。然后对模拟结果进行分析，以确定在 EABO 中操作 UxS 时作战人员的暴露程度和网络攻击风险，并确定建议的自主性和态势感知之间的平衡。
图 DMO / EABO 环境中 UxS 的 CONOPS C2。前方单元部署到敌方 WEZ 并操作 UxS 完成任务。前沿单元向指挥中心转发状态更新，为指挥中心提供敌方 WEZ 的 SA。敌方对 UxS 和前沿单元进行网络攻击。
海军认识到，无人系统（UxS）将在执行分布式海上作战和远征先进基地作战中发挥关键作用，"提供额外的作战能力和能量，以增强传统的作战部队，允许选择承担更大的作战风险，同时保持战术和战略优势"（海军部 2021 年）。多个分散在不同地理位置的平台、武器和传感器将被整合在一起，以提高对作战空间的感知能力，使部队能够在自己选择的时间和地点集结战斗力。整合所有这些系统需要大量的指挥与控制（C2），以通过在 C2 系统间传输和接收数据来保持对态势的感知，从而产生射频（RF）足迹，敌方可利用该足迹对友军进行地理定位和攻击。敌方还可以进行拒绝服务（DoS）和假冒攻击。在 UxS 行动中利用自主性可降低地理定位的风险，但会限制 C2 能力。
本项目的范围是比较导致在有争议环境中使用 UxS C2 的网络安全和射频足迹风险的不同因素，并提供降低风险的建议解决方案。具体来说，目标是在优化和/或维护安全性的同时，增强作战期间的互操作性。具体做法是交叉比较各种 C2 安全协议，并使用预定的时间间隔或触发事件从操作员完全 C2 过渡到完全自主，如图 1 所示。
图 1. 使用指挥和自主之间的百分比分配进行 UxS 操作的运行场景。任务开始时，首先在操作员和 UxS 之间建立连接。起初，操作员会持续向 UxS 传输 C2 数据，UxS 也会在预定的蓝色时间间隔内向操作员传输实时视频。时间间隔结束后，操作员与 UxS 之间的连接也随之结束，UxS 在录制视频的同时自主运行，并持续一段预定的绿色时间。自主操作时间间隔结束后，UxS 与操作员重新建立连接，操作员恢复 UxS 的 C2 功能，恢复实时视频传输，同时下载录制的视频。这一过程在整个任务期间不断重复。
建模和仿真用于确定每种自主场景与每种安全协议的射频足迹风险。该模型将情景类型、文件大小和安全协议作为主要变量输入，以确定由此产生的射频足迹，近似为数据传输时间。传输数据的文件大小（尤其是录制的视频）取决于系统在自主模式下的运行时间。系统自主运行的时间越长，下载到前方单元 C2 站的录制视频的文件大小就越大。本研究将传输层安全（TLS）、消息层安全（MLS）和预共享密钥（PSK）安全协议和方法作为跨空间的样本。
该模型还注入了 DoS 攻击，以确定每种安全协议和方法的 DoS 攻击对射频足迹的影响。结果表明，随着自主级别的提高，射频足迹会减少。C2 协议也会影响射频足迹，其中 TLS 的射频足迹最大，而 MLS 的射频足迹最小。
利用建模和仿真结果进行了风险分析，以确定地理定位、DoS 和冒充风险的程度。为每个安全协议或方法确定风险和态势感知的权衡空间。根据任务需要，可以牺牲态势感知来提高自主性，从而降低风险。图 2 将这一权衡空间归纳为一棵决策树，可作为军事领导人的指导方针，以确定哪种 UxS 设置最能满足任务需求。
图 2. 决策树。如果可接受的风险水平适中，则MLS可以使用 40% 的自主度来提供最大程度的态势感知，同时保持适中的风险。
这项研究的重点是有助于保护传输数据的安全协议，但也有必要保护 UxS 本身。未来的研究应侧重于战场上可能面临的反 UxS 措施以及现有的 UxS 保护方法。这将有助于在设计半自动 UxS 系统时采取缓解措施。与在 DMO/EABO 环境中使用系统后再尝试添加保护措施相比，在设计 UxS 系统时纳入 UxS 保护措施的成本更低，效果更好。
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