В статье представлены первые результаты научного исследования по разработке программной оболочки распределенного реестра данных на основе BlockChain для построения орбитального сервера, базирующегося на космическом аппарате стандарта 3UCubeSat.

Ключевые слова: блокчейн, наноспутник, CubeSat, орбитальный сервер.

Введение. Врамках Всероссийского проекта «Space π. Открытый космос. 2.0» (направление: «3U-CUBESAT SPACE») нами была проведена работа с целью разработки программной оболочки распределенного реестра данных на основе блокчейн (BlockChain) для построения орбитального сервера, базирующегося на космическом аппарате стандарта 3UCubeSat.

Были поставлены и последовательно решены следующие задачи:

— определить параметры сверхмалого космического аппарата;

— выбрать необходимую орбиту работы космического аппарата (КА);

— исследовать существующие технологии BlockChain;

— собрать и запрограммировать прототип-демонстратор;

Поясним вначале, что такое наноспутники и блокчейн.

Наноспутники. Сверхмалыми космическими аппаратами (наноспутники, СМКА) называются спутники, имеющие массу до 10 кг. Наиболее популярными являются наноспутники стандарта CubeSat (1U, 2U, 3U) [1]. Стандарт был разработан в 1999 году, первый CubeSat был запущен в 2003 г. К 2022 году зарегистрировано более 3500 проектов СМКА.

В развитии наноспутников выделяют четыре этапа:

1) доказательство возможности создания полноценного СМКА возникновение образовательных программ нового типа;

2) отработка в космосе малоразмерных обеспечивающих систем, формирование рынка комплектующих;

3) использование платформ CubeSat для отработки новых технологий и проведение экспериментов в космосе;

4) создание группировок СМКА, совместно решающие задачи, которые невозможно решать «большими КА».

В настоящее время наблюдается четвёртый этап развития наноспутников.

Основные характеристики:

— технологичность;

— современная электроника и материалы (COTS);

— размеры 100x100x100 мм и малая масса (1 модуль до 1,5 кг);

— универсальность;

— обеспечение работы спектра полезных нагрузок;

— преемственность решений;

— низкая стоимость;

— разработанные спецификации;

— запускается попутно.

Платформа «Синергия» блочно-модульного типа — конструктор для сборки наноспутников, позволяющий проводить научные, технологические и образовательные эксперименты в космическом пространстве [2]. Конфигурация архитектуры платформы такова, что позволяет дублировать наиболее ответственные узлы наноспутника; либо компактно и плотно собирать обеспечивающие системы для увеличения выделенного места под полезную нагрузку. Отличительная особенность платформы от аналогов — сборка конечного изделия из типовых модулей объемом 1 литр.

Базовый модуль — силовой каркас:

— габариты — 100х100х100 [113.5] мм;

— объем — 1 литр;

— материал — АД31Т1 [EN-AW6060] + покрытие Хим.Н6/Х.тв/TiO;

— наличие кнопок вкл/выкл;

— места под крепление антенно-фидерного устройства SMA;

— взаимозаменяемые крышки с переменным центральным диаметром (20, 40, 60, 80 мм) для оптических приборов;

— стенки каркаса и крышки содержат крепёжную сетку для фиксации полезной нагрузки;

— стыковка модулей для увеличения места 2U, 3U и т. д.

Изменение форм-фактора конечного изделия, за счет добавления дополнительных модулей, существенно расширяет возможности творческого замысла по установки полезной нагрузки и, как следствие, области применения спутника.

Преимущества:

1. взаимозаменяемость элементов как следствие модульного принципа организации бортовых систем;
2. решение широкого спектра образовательных и исследовательских задач за счет комплектации разнообразной аппаратурой в следствии гибкой конфигурации свободного пространства;
3. блочный принцип построения позволяет коренным образом видоизменять форм-фактор конечного изделия на любых этапах проектирования или сборки.

Блокчейн. Блокче́йн (англ. blockchain — цепь из блоков) — выстроенная по определённым правилам непрерывная последовательная цепочка блоков (связный список), содержащих информацию. Связь между блоками обеспечивается не только нумерацией, но и тем, что каждый блок содержит свою собственную хеш-сумму и хеш-сумму предыдущего блока. Изменение любой информации в блоке изменит его хеш-сумму. Чтобы соответствовать правилам построения цепочки, изменения хеш-суммы нужно будет записать в следующий блок, что вызовет изменения уже его собственной хеш-суммы. При этом предыдущие блоки не затрагиваются. Если изменяемый блок последний в цепочке, то внесение изменений может не потребовать существенных усилий. Но если после изменяемого блока уже сформировано продолжение, то изменение может оказаться крайне трудоёмким процессом. Дело в том, что копии цепочек блоков хранятся на множестве разных кластерах независимо друг от друга [3].

BlockChain применяется сегодня в таких сферах, как энергетика, авторство и право владения, операции с товарами и сырьем, финансы, криптовалюты, управление данными, цифровая идентичность, проверка подлинности и подтверждение прав доступа, средства электронного голосования, организация частного и государственного управления, интернет вещей [4].

Принято рассматривать три классификации BlockChain:

1) британская, предложенная Марком Уолпортом, главным научным консультантом правительства Великобритании, в отчете «Распределенная книга: за рамками блокчейна»;

2) канадская, о которой рассказал создатель платформы Ethereum В. Бутерин во время доклада «О публичных и приватных блокчейнах»;

3) российская, которую озвучила на конференции «Блокчейн и открытые платформы» в 2016-м году зам. председателя Центробанка России Ольга Скоробогатова.

Охарактеризуем проблемы, на решение которых была направлена наша научная работа.

Суть дата-центров заключается в обеспечении конфиденциальности и полной неприкосновенность контента. Этот вопрос стал особо актуален в банковской сфере, особенно при международных транзакциях: необходимо обеспечить защищённый доступ к данным в любой точке планеты. Более того с распространением криптовалют и подобных цифровых активов, обладающих высокой ликвидностью, способы защиты и анонимности вышли на принципиально новый уровень.

Поясним: любые дата-центры (сервера) могут быть атакованы как через сеть виртуально, так и физически:

— санкции, ограничения на транзакции — мир глобален, следовательно, при возникновении вопросов в какой-либо юрисдикции возможен вариант введения ограничений на финансовые потоки и тем самым наносится экономический ущерб конечному бенефициару таких ресурсов;

— физические атаки на дата-центры — несанкционированный доступ с выемкой оборудования, либо форс-мажорные обстоятельства (воздействие факторов непреодолимой силы, которые нельзя предвидеть или избежать, включая объявленную или фактическую войну, гражданские волнения, эпидемии, блокаду, землетрясения, наводнения, пожары, техногенные катастрофы и другие стихийные бедствия);

— выход из строя дата-центра из-за сбоя в системах энергопитания, локальные или веерные отключения доступа в сеть Интернет;

— проникновение через удалённый доступ, хакерские атаки и воздействие вредоносного программного обеспечения.

Также существует особо ценные данные, которые необходимо передать от одного абонента к другому. Если использовать сеть интернет, то есть вероятность отслеживания такого контента. Передача через курьеров тоже не решает вопрос безопасности: существует вероятность перехвата [5].

Каждая отличительная особенность технологии BlockChain (блокчейн) позволяет получить определенное технологическое решение обозначенных ранее проблем. Рассмотрим шесть технологий, которые позволяет достичь BlockChain:

— одноранговое устройство сети — повышение надежности сохранения информации;

— прямая передача данных и постоянный онлайн — ускорение обменом информацией;

— алгоритм консенсуса — избавление от посредников;

— алгоритм создания блоков — повышение доверия в сети;

— запись информации в блоки, защищенные хешами — наблюдение всей истории изменений;

— ассиметричное шифрование — обеспечение одновременной работы множества участников.

Технология BlockChain в первую очередь ориентирована на обеспечение высокого уровня надёжности хранения и валидации данных среди множества участников, не доверяющих друг другу.

Достигается это за счёт децентрализации принятия решения о добавлении новых записей и хранением локальной копии истории множеством участников.

Реализации BlockChain поддерживают работу умных контрактов. Основная идея умных контрактов заключается в следующем: при наступлении определенных условий, автоматически выполняется алгоритм, заданный в контракте. Например, при появлении записи о переводе некоторой суммы денежных средств от пользователя A пользователю B, происходит запись о передаче права на владение некоторой собственности от пользователя B пользователю A.

Решение. Проект основан на новых коммуникационных технологиях (распределённый реестр передачи данных в виде последовательности BlockChain); то есть обеспечение защиты коммуникационных линий от хакерских атак. В итоге орбитальный сервер, построенный на основе BlockChain, функционирует таким образом, что пользователь мгновенно узнает о вторжении в канал связи. При этом сам сервер находится на орбите — нет физического доступа, то есть нельзя украсть «флешку»; а хранилище на базируется на сверхмалых космических аппаратах.

Заключение. Для дальнейшего развития проекта поставлены следующие задачи: освоение технологий блокчейна; формирование кода хеш-функций распределенного реестра; прототипирование носителя информации с последующей записью сформированного кода блокчейн цепочек; макетирование наноспутника с прототипом орбитального сервера.

Таким образом, блокчейн является потенциальной технологией, которая может изменить привычное понимание компьютерных систем, и способна опередить классические централизованные системы в плане безопасности, отказоустойчивости и быстродействия. Но к сожалению, он еще не получил достаточной популярности со стороны разработчиков, что требует активизации научных исследований и практических разработок в данном направлении, в том числе для космоса.

Благодарность: кандидату технических наук Малыгину Дмитрию Владимировичу за консультационное сопровождение проекта.

Литература:

1. Макаров С. Б. Сверхмалые спутники готовы отправиться в космос / Высшая школа прикладной физики и космических технологий Института электроники и телекоммуникаций СПбПУ. 13.09.2022. URL: https://research.spbstu.ru/news/sverhmalye_sputniki_gotovy_otpravitsya_v_kosmos/ (дата обращения 06.12.2022)
2. Малыгин Д. В. Многоцелевая платформа «Синергия» блочно-модульного типа для сборки наноспутников // В сборнике: «Орбита молодежи» и перспективы развития российской космонавтики. Материалы VI Всероссийской молодежной научно-практической конференции. Пермь, 2020. С. 25–30. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44398768 (дата обращения 07.12.2022)
3. Решение Федеральной службы по интеллектуальной собственности от 16 мая 2019 г. по заявке N 2016729454 Об оставлении в силе решения Роспатента в отношении «БЛОКЧЕЙН BLOCKCHAIN». URL: http://ivo.garant.ru/#/document/77984012 (дата обращения 07.12.2022)
4. Галанин И. И. Возможности применения технологии блокчейн в принятии решений // Материалы докладов XХIV Международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию Нижегородской радиолаборатории «ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ ИСТ-2018». — Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, 2018. — с. 594–598. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42420867 (дата обращения 07.12.2022)
5. Малыгин Д. В. Разработка архитектуры квантовой инфотелекоммуникационной инфраструктуры на базе сверхмалых космических аппаратов // СПБНТОРЭС: ТРУДЫ ЕЖЕГОДНОЙ НТК. 2019. № 1 (74). С. 154–157. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39133410 (дата обращения 08.12.2022)