研究:一场严重的太阳风暴可能会引发“互联网末日”

据外媒报道,科学家们几十年前就知道,极端的太阳风暴或日冕物质抛射可能会破坏电网并可能导致长时间停电。从全球供应链、运输到互联网和GPS接入,所有地方都将受到影响。然而到目前为止,人们对这种太阳辐射可能对互联网基础设施产生的具体影响的研究较少。

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新研究表明,这些故障可能是灾难性的,尤其是对支撑全球互联网的海底电缆来说。

在周四举行的2021年SIGCOMM数据通信会议上,加州大学欧文分校的Sangeetha Abdu Jyothi展示了《Solar Superstorms: Planning for an Internet Apocalypse》,这是一项有关快速移动的磁化太阳粒子云可能对全球互联网造成的损害的研究。Abdu Jyothi的研究指出了导致停电的太阳风暴的另一个细微差别:即使在数小时或数天内恢复电力,大规模的互联网中断仍会持续。

首先有一些好消息。Abdu Jyothi发现,当地和地区的互联网基础设施即使在大规模的太阳风暴中受损的风险也很低,因为光纤本身不受地磁感应电流的影响。短电缆跨距也很有规律地接地。但对于连接各大洲的海底电缆来说风险则要大得多。一场太阳风暴破坏了世界各地的这些电缆,这可能会造成大规模的连接损失,因为其从源头上切断了各国的连接,单当地的基础设施却完好无损。

“真正让我思考这个问题的是,在这场大流行中,我们看到世界是多么的措手不及。没有有效的协议来应对它,这跟互联网弹性是一样的,”Abdu Jyothi在演讲前告诉WIRED,“我们的基础设施还没有为大规模太阳活动做好准备。我们对损失的程度了解非常有限。”

这种信息缺口主要来自数据的缺乏。强烈的太阳风暴非常罕见,在近代历史上只有三个大型例子。1859年和1921年的大事件表明,地磁扰动可以破坏电力基础设施和通信线路。在1859年大规模的“卡林顿事件”期间,指南针的指针不可预测地剧烈摆动,在哥伦比亚的赤道上可以看到北极光。但这些地磁干扰发生在现代电网建立之前。1989年,一场中等强度的太阳风暴摧毁了Hydro-Québec的电网,这导致加拿大东北部地区停电9小时,但那也是在现代互联网基础设施兴起之前发生的。

Abdu Jyothi指出,尽管日冕物质抛射不经常发生,但它是对互联网恢复能力的真正威胁。在经历了30年的太阳风暴低潮后,她和其他研究人员指出,再次发生太阳风暴事件的可能性正在上升。

由于几个原因,海底互联网电缆可能容易受到太阳风暴的破坏。为了在海洋中完整地引导数据,电缆上安装了中继器,根据电缆的不同,中继器的间隔大约为50至150公里。这些设备放大光信号,确保在传输过程中不会丢失任何东西。虽然光缆并不容易直接受到地磁感应电流的干扰,但中继器的电子内部结构却很容易受到干扰--如果中继器发生足够多的故障就会导致整个海底电缆无法使用。此外,海底电缆只能间隔数百或数千公里接地,这使得中继器等脆弱部件更容易暴露在地磁诱导的电流中。海底的组成也各不相同,这可能使一些着陆点比其他着陆点更有效。

最重要的是,一场大的太阳风暴还可能摧毁任何环绕地球运行的设备,这些设备能够提供卫星互联网和全球定位等服务。

Abdu Jyothi指出:“目前还没有模型可以证明这是如何发生的。我们对这些风暴如何影响电力系统有了更多的了解,但那都是在陆地上。在海洋中就更难预测了。”

日冕物质抛射往往在高纬度地区、更靠近地球磁极的地方产生更大的影响。这就是为什么Abdu Jyothi更担心一些地区的电缆。比如她发现亚洲面临的风险较小,因为新加坡是该地区许多海底电缆的枢纽且位于赤道。该区域的许多电缆也更短,因为它们从中心向多个方向分支,而不是作为一个连续的跨度。在高纬度穿越大西洋和太平洋的电缆,即使是中等强度的风暴也会面临更大的风险。

全球互联网是建立在弹性之上的。如果一条路径不可用,交通就会绕过其他路径,这样在遇到太阳风暴的情况下,即使速度降低也能保持网络连接。但对这些重要的动脉造成足够的破坏就会导致网络的不稳定。Abdu Jyothi指出,根据电缆中断发生的地点,边界网关协议和域名系统等基础数据路由系统可能会开始出现故障并造成连锁中断。这是互联网版的交通堵塞,如果一个大城市繁忙的十字路口的路标消失了,交通灯熄灭了就会发生交通堵塞。

北美和其他一些地区为电网运营商制定了跟太阳风暴准备有关的最低标准和程序。德州农工大学智能电网中心(Smart Grid Center)主任Thomas Overbye表示,电网运营商在过去10年里已经在降低风险方面取得了一些进展。但他强调,由于地磁扰动如此罕见且相对较少被研究,来自极端天气事件或网络攻击的其他威胁正日益成为优先考虑的因素。

“部分问题是我们对风暴没有太多经验,”Overbye说道,“有些人认为地磁扰动将是一个灾难性的场景,也有人认为它不会是一个大事件。我认为在中间。我认为这是我们作为一个行业想要做好准备的事情,我一直在努力开发评估风险的工具。但在这个行业中还有很多其他重要的事情正在发生。”

互联网基础设施方面包含更多的未知因素。Abdu Jyothi强调,她的研究只是更广泛的跨学科研究和建模的开始,为了充分了解威胁的规模还需要进行这些研究和建模。虽然严重的太阳风暴极为罕见,但风险却非常高。如此大规模的全球连接中断将影响地球上几乎所有的行业和人。

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