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Detriti spaziali e crittografia

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Offline paolo137

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Detriti spaziali e crittografia
« il: Mer 28/01/2015, 10:41 »
Ho letto un articolo interessante su una rivista SCIentifica AMericana, ed ho pensato di riassumerlo qui di seguito. L'oggetto dell'articolo è il pericolo di collisioni tra satelliti.
Nel febbraio 2009 si registrò lo scontro fra l'Iridium 33 ed il Cosmos 2251, con la perdita di entrambi i satelliti e la produzione di una grande quantità di pericolosi detriti spaziali. La collisione fu inaspettata, in quanto secondo i dati ottenuti dalle stazioni di tracciamento a terra i due oggetti erano su rotte sicure; sarebbe però bastato accedere ai dati di posizione degli strumenti a bordo dei veicoli per accorgersi del pericolo incombente.
Questo non fu possibile, perchè i dati orbitali sono custoditi molto gelosamente; da un lato le compagnie private temono che la loro diffusione consenta ai concorrenti di valutarne il potenziale tecnologico, dall'altro i vari governi ed agenzie militari sono evidentemente interessati a mantenere il più altro riserbo su quanto concerne i loro mezzi.
La soluzione adottata al momento prevede che i quattro principali providers di comunicazioni satellitari lavorino congiuntamente ad un ente terzo, chiamato Analytical Graphics. Questa società raccoglie i dati orbitali aggregati ed informa i partecipanti in caso di pericolo: ovviamente questo sistema si fonda sulla totale fiducia nei confronti dell'ente terzo, cosa sempre più difficile da confermare mentre sempre più nazioni e compagnie private accedono allo spazio.
Per questo ci si sta orientando verso la crittografia, che eliminerebbe il requisito della fiducia reciproca. Già negli anni 80 furono sviluppati degli algoritmi che permettevano a diverse persone di calcolare congiuntamente una funzione di dati privati senza realmente condividere apertamente alcunché. Nel 2010 la DARPA statunitense ha applicato questa tecnologia sviluppando un protocollo denominato MultiParty Computation (MPC) per la condivisione dei dati orbitali satellitari. Con questo sistema ogni partecipante carica i propri dati in un software proprietario, che poi provvede a scambiarli in base al protocollo MPC pubblico di cifratura. Il protocollo garantisce che i partecipanti possano calcolare solo alcuni risultati (ad esempio, la possibilità di una collisione) e null'altro. Visto che il protocollo è pubblico, ogni parte interessata può accedervi con un software client scritto autonomamente, a maggior garanzia di riservatezza.
L'aspetto negativo di questo approccio è la velocità di calcolo: verificare la traiettoria di due satelliti con il protocollo MPC richiede circa un minuto e mezzo, mentre lo stesso calcolo effettuato su dati non crittografati viene svolto in pochi millisecondi.
Il protocollo MPC al momento non è ancora utilizzato; la speranza è che l'aumento della potenza di calcolo lo renda appetibile in un prossimo futuro.
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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #1 il: Mer 28/01/2015, 10:56 »
Molto, molto interessante!   :ok_hand:
 

Offline Buzz

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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #2 il: Gio 29/01/2015, 07:26 »
Beh, non credo che il rischio di collisioni ci sia davvero ogni 5 minuti. Se anche si dovesse rifare il calcolo ogni orbita, 1 minuto e mezzo di calcolo non mi sembra comunque eccessivo
Par l’espace, l’univers me comprend et m’engloutit comme un point; par la pensée, je le comprends. (Blaise Pascal).
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Offline paolo137

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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #3 il: Gio 29/01/2015, 08:29 »
Avevo pensato la stessa cosa. Poi però ho riflettuto sul numero di oggetti presenti in orbita (decine di migliaia, contando i detriti): è vero che non ognuno di essi può scontrarsi con un altro, però le combinazioni potenzialmente pericolose devono essere comunque parecchie.
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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #4 il: Gio 29/01/2015, 08:45 »
Credo che dovro' andarmi a leggere questa misteriosa rivista SCIentifica AMericana, perche' messo cosi' non ha molto senso. :)
(magari non ce l'ha anche su SciAm, non do la colpa a te Paolo :P)
Michael
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Offline paolo137

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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #5 il: Gio 29/01/2015, 09:41 »
Ma se uno a caso avesse questa rivista, e scandisse (!!!) l'articolo in questione, postandolo come .jpg in allegato ad un suo post, sarebbe passibile di pene corporali?
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Offline corgius

giuseppe corleo

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Offline paolo137

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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #7 il: Gio 29/01/2015, 10:21 »
Eh, bravo te. Così son capaci tutti... :nerd:
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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #8 il: Gio 29/01/2015, 23:38 »
Interessante Paolo questa strano conflitto spaziale tra privacy e orbite. Fantaspaziopolitica.

Una volta rilevata la rotta di collisione, bisogna eseguire la correzione necessaria e quindi orientare i thruster, accenderli per un tempo calcolato, etc etc quindi il problema va visto molto tempo prima, penso.

Oppure basterebbe fare dei satelliti piatti come sottilette, che viaggiano di taglio...   :grin:
<ISAA n°119> | È vero, ho scalato montagne e ho camminato in luoghi remoti. Ma come avrei potuto vedervi se non da una grande altitudine o da una grande distanza? In verità, come si può essere vicini se non si conosce la lontananza? (Khalil Gibran)
 

Offline sinucep

Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #9 il: Ven 30/01/2015, 00:08 »
Il protocollo MPC al momento non è ancora utilizzato; la speranza è che l'aumento della potenza di calcolo lo renda appetibile in un prossimo futuro.

mm.. ma con l'aumento della potenza di calcolo non dovrà aumentare anche la sicurezza e quindi la complessità della cifratura?
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Offline IK1ODO

Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #10 il: Sab 31/01/2015, 13:44 »
Il protocollo MPC al momento non è ancora utilizzato; la speranza è che l'aumento della potenza di calcolo lo renda appetibile in un prossimo futuro.

mm.. ma con l'aumento della potenza di calcolo non dovrà aumentare anche la sicurezza e quindi la complessità della cifratura?

C'è molto spazio, l'algoritmo è uno di quelli considerati "intrattabili". Il guaio è che anche la mole di possibili interazioni fra satelliti, calcolata con tale algoritmo, costituisce un problema intrattabile.
"Lo studio e in generale l'aspirazione alla verità e alla bellezza rappresentano un ambito in cui è permesso rimanere bambini per tutta la vita" - A. Einstein
 

Offline Dave

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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #11 il: Sab 31/01/2015, 13:49 »
Concordo con Buzz, è già un passo avanti il monitorare orbite ogni minuto e mezzo. Lo scontro avviene in un istante ma la previsione dello scontro può essere fatta a distanza di minuti almeno, se non ore e un minuto e mezzo di "refresh" ci sta  :ok:
Magari c'è qualche fattore che ignoriamo  :scream:
 

Offline IK1ODO

Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #12 il: Sab 31/01/2015, 16:01 »
Attenzione, è un minuto e mezzo DI CALCOLO per OGNI COPPIA di oggetti, e di coppie ce ne sono circa 20.000. Le combinazioni sono, se ho fatto i conti giusti, 200.000.000 .
Ovviamente non si calcola per tutte le possibili coppie, ma solo per quelle che hanno un apogeo e perigeo compatibile. Anche così, il numero di possibili combinazioni è molto grande. Già con un tempo di ms fra coppie l'aggiornamento continuo è un'impresa estremamente difficile (con 10 ms per coppia ci andrebbero 23 giorni per 20.000 oggetti), se lo si aumenta ulteriormente di un fattore 10.000 per gestire anche l'algoritmo di crypto diventa  improponibile.
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Offline Buzz

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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #13 il: Sab 31/01/2015, 17:45 »
Aspetta Marco, quando dici 20mila oggetti parli di detriti vari. Ma a quei detriti ci pensa il NORAD
Qui stiamo parlando di satelliti operativi, che possibilimente cambiano orbita, e di cui gli operatori non vogliono diffondere i dati. E se vogliamo parlare di rischio di collisione, dobbiamo anche considerare orbite simili, non c'è bisogno di fare calcoli per sapere che un satellite a 1000 km non andrà a sbattere contro uno a 2000 km.
Se tieni presente questo, il numero di coppie da sottoporre al calcolo scende drasticamente.

E poi i computers disponibili a fare il calcolo sono più d'uno. L'utente partirebbe dal proprio satellite e poi farebbe i calcoli solo per quei satelliti che sono "nelle vicinanze". Quanti possono essere? 10? 20? Sinceramente non lo so, ma non credo molto di piú...
Considerando che la propagazione orbitale è piuttosto precisa anche fino a 4-5 orbite prima, significa che l'utente avrebbe una decina di ore a disposizione per calcolare una ventina di possibili impatti

E anche se non ci fosse il tempo per farli tutti, si potrebbe prioritizzare in base al pericolo. Se anche si eliminasse "solo" la metà dei rischi di collisione, sarebbe già un gran passo avanti rispetto allo zero che c'è oggi
« Ultima modifica: Sab 31/01/2015, 17:48 da Buzz »
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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #14 il: Sab 31/01/2015, 17:49 »
Ho letto TFA, ricercato qualcosina su sMPC (roba affascinante, come le Zero Knowledge Proof 6) , ma continua a sfuggirmi il punto.

I dati orbitali sono relativamente semplici da ottenere con l'osservazione. Se sono veramente interessato a stabilire l'orbita di qualcosa, lo posso fare con una buona approssimazione (la gente su SeeSat-L lo fa di continuo).
A parte i satelliti militari (dove la paranoia è di default, need-to-know-basis, etc etc..) quale e' il vantaggio competitivo che si ottiene mantenendo segreto qualcosa che e' visibile a tutti (ad un certo costo, ma ovviamente giustificabile in alcune applicazioni)?

L'ipotesi che mi sono fatto e' che in questo modo possiamo calcolare scenari futuri, ovvero possibili avvicinamenti dopo che una o entrambe le parti effettuino manovre...PRIMA che le manovre siano effettuate, senza rilasciare l'informazione sulla manovra.

Altre idee?
Michael
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Offline Buzz

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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #15 il: Sab 31/01/2015, 17:51 »
L'ipotesi che mi sono fatto e' che in questo modo possiamo calcolare scenari futuri, ovvero possibili avvicinamenti dopo che una o entrambe le parti effettuino manovre...PRIMA che le manovre siano effettuate, senza rilasciare l'informazione sulla manovra.
Questo è quello a cui pensavo anch'io. Appunto, come hai detto, in assenza di manovre le previsioni già si possono fare.
Quindi io penso a un database in cui tutti sanno quali saranno le manovre future degli altri satelliti in orbite simili...
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Offline IK1ODO

Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #16 il: Sab 31/01/2015, 18:10 »
non c'è bisogno di fare calcoli per sapere che un satellite a 1000 km non andrà a sbattere contro uno a 2000 km.
Se tieni presente questo, il numero di coppie da sottoporre al calcolo scende drasticamente.

Sì, questo l'ho detto anch'io. Però credo proprio che i calcoli vengano fatti per tutti i detriti significativi, e quindi il numero esplode.
Mi sembra di aver letto che il NORAD comunque non ce la fa più, e che i calcoli vanno rifiniti sull'effettiva posizione dei satelliti, che è nota agli operatori (da dati GPS) mentre la posizione stimata dai radar ha margini di errore più ampi; ad esempio, dai dati radar nel famoso impatto Iridium-33 e Kosmos-2251 sarebbero passati a 584 metri uno dall'altro.
I rischi di collisione per una costellazione come Iridium sono alti, centinaia per settimana - da http://en.wikipedia.org/wiki/2009_satellite_collision :

"Events where two satellites approach within several kilometers of each other occur numerous times each day. Sorting through the large number of potential collisions to identify those that are high risk presents a challenge. Precise, up-to-date information regarding current satellite positions is difficult to obtain. Calculations made by CelesTrak had expected these two satellites to miss by 584 meters.[28]

Planning an avoidance maneuver with due consideration of the risk, the fuel consumption required for the maneuver, and its effects on the satellite's normal functioning can also be challenging. John Campbell of Iridium spoke at a June 2007 forum discussing these tradeoffs and the difficulty of handling all the notifications they were getting regarding close approaches, which numbered 400 per week (for approaches within 5 km) for the entire Iridium constellation. He estimated the risk of collision per conjunction as one in 50 million.[15]"

Insomma, una conoscenza precisa delle posizioni relative permetterebbe di limitare le manovre evasive a quelle veramente necessarie.

Però, come dice Michael, mi sfugge qualcosa sul bisogno di segretezza. Avevo letto qualcosa... devo andare a cercarlo, l'articolo di SciAm non racconta tutto.
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Offline Buzz

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Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #17 il: Dom 01/02/2015, 13:34 »
Insomma, una conoscenza precisa delle posizioni relative permetterebbe di limitare le manovre evasive a quelle veramente necessarie.

Però, come dice Michael, mi sfugge qualcosa sul bisogno di segretezza. Avevo letto qualcosa... devo andare a cercarlo, l'articolo di SciAm non racconta tutto.
Secondo me con la prima frase in parte già rispondi alla seconda. Il NORAD come hai scritto è piuttosto impreciso, 500 metri a quella velocità non sono niente, i conjunction events per la ISS diventano a pericolo "rosso" quando il detrito passa entro un raggio di svariati chilometri dalla ISS (mi sembra di ricordare 7 km, ma non ne sono sicuro).

Probabilmente gli operatori di quei satelliti sanno con molta più precisione la posizione, e sanno anche che aggiustamenti faranno per controbilanciare gli effetti dell'ambianete spaziale (espansioni dell'atmosfera, radiazioni, etc.).
Per la ISS spesso una conjunction è considerata ad alto rischio non per la vicinanza, ma per l'alto fattore di incertezza dovuto per esempio all'alta attività solare che espande le parti alte dell'atmosfera e rende quindi molto imprevedibile la propagazione orbitale. Probabilmente questa incertezza è minore per chi opera il satellite, e quindi avere accesso a quei dati potrebbe ridurre enormemente l'incertezza.

Però ancora non sono convinto a proposito del numero di possibili collisioni, mi sembra strano che per ogni satellite siano davvero così tante. Capisco che siano tante in assoluto, ma secondo me se le vedi dal punto di vista del singolo satellite, in 10 orbite fatte al giorno davvero possono esserci così tanti rischi di collisione?

E secondo me la soluzione sta qui: non dovrebbe essere l'ente centralizzato a fare il calcolo. L'ente centralizzato dovrebbe solo fornire il database delle posizioni, a cui i vari centri di controllo dovrebbero accedere  in download per scaricare i dati, fare i calcoli (ognuno per il proprio satellite) e poi riaccedere, questa volta in upload, per aggiornare il database con i calcoli aggiornati. In quel modo si distribuirebbe la capacità di calcolo e a quel punto ogni satellite dovrebbe "solo" fare i conti per i propri possibili impatti. E così, anche se fossero 10 possibili collisioni ogni orbita (cosa che secondo me non è), 15 minuti di calcolo per un'orbita di un'ora e mezza mi sembra accettabile...
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Offline IK1ODO

Re:Detriti spaziali e crittografia
« Risposta #18 il: Dom 01/02/2015, 14:30 »
Non lo so, Buzz. Qualcosa mi sfugge: credo che il calcolo vada fatto con alcuni giorni di anticipo, e che se devo identificare tutti i possibili impatti devo calcolare per ogni oggetto le orbite di tutti gli altri oggetti potenzialmente interferenti, quindi con apogeo/perigeo compatibili. Per cui, per ogni oggetto sono migliaia di possibili combinazioni, da propagare per qualche giorno in avanti. Chiaro che ogni operatore dovrebbe farlo per i propri satelliti, ma deve avere i dati precisi e fornirli agli altri - di qui la difficoltà, evidentemente.

Colgo l'occasione per (ri)segnalare il sito ufficiale della NASA sui detriti orbitali, http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/index.html e il bollettino, liberamente scaricabile in PDF http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/newsletter/newsletter.html

I bollettini contengono davvero un sacco di informazioni su meccanica orbitale, frammentazioni recenti, analisi di impatti sulla ISS, eccetera. Tuttavia nei bollettini la parola "crypto" non risulta, forse la NASA aspetta che la proposta del DARPA trovi applicazione.
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