SoK: Secure Software-Based Multi-Domain Data Segregation
这篇知识系统化（SoK）论文综合了从传统的基于硬件的红/黑架构向安全的、基于软件的多域数据隔离（MDDS）过渡的研究，评估了诸如软件定义网络、分离内核和后量子密码学等技术，以实现现代关键任务行动中可扩展的高保证互操作性。
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在军事行动、应急响应和关键基础设施的高风险世界中，通信是维系一切的生命线。想象这样一个指挥中心：一名操作员必须一边从安全网络监听一段机密简报，同时还要在公共无线电频道上与非机密野外团队进行协调。几十年来，防止这两股信息流意外混合并泄露秘密的唯一方法，就是建造两个完全独立的房间，配备两套独立的设备，中间由一堵空旷空间的墙物理隔开。这种“物理隔离”（air gap）曾是安全的金科玉律：如果网络互不接触，秘密就是安全的。但随着现代任务变得更加复杂，需要跨越多个不同机密等级进行快速协调，这种僵化、依赖硬件的方法已变得缓慢、昂贵且难以扩展。工程师们今天面临的问题是，是否仅靠软件就能实现同等水平的安全，从而允许一台机器处理多段安全的对话，而无需重复的物理硬件。
来自皇家墨尔本理工大学（RMIT University）和 C4i Pty Ltd 的一个研究小组进行了一项全面的审查，以回答这个问题，探讨了试图用数字边界取代物理墙的技术现状。他们的工作是对八十项近期研究进行的系统性分析，探讨了从硬件强制隔离向基于软件的数据隔离转变的过程。他们研究了一系列现代技术，包括软件定义网络（它允许网络流量由中央大脑而非单个设备进行管理）、网络切片（将单个物理网络切割成多个虚拟车道），以及分离内核（作为一种高度安全且极简的操作系统，防止不同的程序相互干扰）。研究人员还调查了这些系统如何应对未来量子计算机的威胁（量子计算机可能会破解当前的加密方法），以及它们如何管理不同安全等级之间信息的流动。
研究人员发现，虽然构建软件解决方案的基石已经存在，但目前仍处于零散且不完整状态。他们所审查的技术，如网络切片和虚拟化，在为数据和通用网络流量创建逻辑隔离方面表现出色。它们可以有效地隔离不同类型的信息，并确保高安全性对话不会渗透到低安全性对话中。然而，研究显示，在针对语音通信系统的特定需求方面，存在着显著的差距。目前审查的所有软件框架，都未曾设计用于处理那些需要同时监听多个安全频道、在正确的频道中发言、并无延迟地混合音频流的操作员所面临的独特实时需求。现有的解决方案过度集中于数据传输和网络管理，将语音仅仅视为一种需要被路由的各类数据，而非一种需要即时、精确控制的关键实时交互。
该综述指出，虽然目前的软件方法尚不能完全取代硬件系统，但它们共同提供了能够支持从僵化的、孤立的基础设施向灵活的、基于软件且仍具备高保证的多领域语音通信架构逐步演进的基础机制。虽然作者确认软件定义方法提供了更大的灵活性并能降低成本，但他们也警告说，这些系统目前缺乏一个统一的框架，无法完全取代高安全性环境中的传统物理隔离架构。在涉及单次失误就可能危及任务的高安全性背景下，目前的软件解决方案需要进一步开发，以提供严密的保证，从而防止领域之间的微妙泄漏或干扰。研究强调，尽管我们拥有分离数据和管理网络流量的工具，但我们尚未拥有一个能够安全管理现代操作员所需的复杂、同步语音交互的统一系统。研究人员建议，未来的路径在于整合这些各种技术——将分离内核的隔离性、网络切片的灵活性以及后量子密码学的安全性结合在一起，形成一个单一且具有凝聚力的框架。解决这些差距代表了下一阶段的研究方向，旨在弥合概念可行性与实际应用之间的鸿沟。在这样的系统建成并经过测试之前，业界仍处于过渡阶段，依靠新旧方法的结合，同时致力于迈向一个完全由软件处理安全、多领域通信的未来。
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