人工智能在核設(shè)施安全防護(hù)中的應(yīng)用研究

由于核設(shè)施具有巨大能量，對(duì)國(guó)計(jì)民生產(chǎn)生重要影響，其安全防護(hù)不僅地位重要，而且內(nèi)容繁多、工作復(fù)雜。在人工智能技術(shù)不斷發(fā)展、成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展的情況下，將其用于核設(shè)施安全防護(hù)是自然之選。

防護(hù)對(duì)象

“核設(shè)施”主要指用于生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)存、使用易裂變材料或放射性物質(zhì)的設(shè)施。這個(gè)界定涵蓋寬泛，具有很強(qiáng)的適用性，但指向不甚明確。

具體而言，按照管理使用的主體不同，可分為軍用和民用核設(shè)施。軍用核設(shè)施包括用于軍事目的、為軍方所擁有、管理、使用、維護(hù)的所有核設(shè)施，主要體現(xiàn)為核武器的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)、發(fā)射等載具、場(chǎng)地等，以及為軍事活動(dòng)提供能源的核反應(yīng)堆，包括固定的和隨載具機(jī)動(dòng)的，如為潛艇、航母等提供動(dòng)力的核反應(yīng)堆等。

根據(jù)我國(guó)發(fā)布的《中華人民共和國(guó)民用核設(shè)施安全監(jiān)督管理?xiàng)l例》，民用核設(shè)施包括：核電廠、核熱電廠、核供汽供熱廠等核動(dòng)力廠，研究堆、實(shí)驗(yàn)堆、臨界裝置等核動(dòng)力廠以外的其他核反應(yīng)堆，核燃料生產(chǎn)、加工、貯存及后處理設(shè)施，放射性廢物的處理和處置設(shè)施，以及其他需要嚴(yán)格監(jiān)督管理的核設(shè)施。其中，臨界裝置是指重水反應(yīng)堆、原型微型反應(yīng)堆等，其主要屬性和在安全防護(hù)方面的重要性等同于核反應(yīng)堆等核設(shè)施。

現(xiàn)代社會(huì)，核技術(shù)不斷成熟并廣泛應(yīng)用，僅以核發(fā)電為例，據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，1984年，全世界僅擁有34座投產(chǎn)發(fā)電的核電站。但到1986年底，全世界在運(yùn)轉(zhuǎn)的核電站達(dá)到376座，總裝機(jī)容量達(dá)到2769.75億瓦；在建的核電站有135座，總裝機(jī)容量為1469.31億瓦；擬建的核電站有124座，總裝機(jī)容量為1218.9億瓦。核電站發(fā)電量占世界發(fā)電總量的比重已上升到了15%。同時(shí)，核電站發(fā)電量占各國(guó)發(fā)電總量的比重，法國(guó)為70%，比利時(shí)為67%，瑞典為50%，瑞士和西德（當(dāng)時(shí)德國(guó)尚未統(tǒng)一）兩國(guó)分別為39%和30%，日本和美國(guó)兩國(guó)分別為25%和17%。核電站發(fā)生事故所造成的危害，僅以切爾諾貝利核電廠事故就足以警示世人。

隨著核技術(shù)的成熟與廣泛應(yīng)用，加之化石能源逐漸枯竭、新能源開(kāi)發(fā)的成本高、技術(shù)難度大等原因，核技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用都在迅速拓展。軍用和民用核設(shè)施日益增多，安全防護(hù)工作日益繁重和艱巨，應(yīng)用最新技術(shù)進(jìn)行核設(shè)施安全防護(hù)的需求越來(lái)越旺盛。人工智能在核實(shí)施安全防護(hù)方面的應(yīng)用成為必然。

應(yīng)用領(lǐng)域

核設(shè)施安全防護(hù)貫穿于其存續(xù)全生命周期，從其選址（載具）、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行，直至退役，都必須遵循安全第一的方針，提供足夠的安全防護(hù)，否則，不僅無(wú)法發(fā)揮核設(shè)施應(yīng)有的作用功能，甚至反受其害，造成無(wú)法挽回的破壞和損失。從實(shí)際運(yùn)用角度來(lái)看，人工智能在核設(shè)施安全防護(hù)方面的應(yīng)用領(lǐng)域大致包括態(tài)勢(shì)感知、防空預(yù)警、網(wǎng)絡(luò)防護(hù)、指揮控制和通信系統(tǒng)等。

核設(shè)施安全防護(hù)態(tài)勢(shì)感知 即核設(shè)施安全的現(xiàn)狀、狀態(tài)的了解、評(píng)判，對(duì)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。核設(shè)施面臨的安全威脅不僅來(lái)自敵方的潛伏、破壞和摧毀，也來(lái)自己方的管理漏洞、操作失誤、違規(guī)和逾期使用等方面，因此，態(tài)勢(shì)感知的條件復(fù)雜、任務(wù)繁重，出現(xiàn)疏漏和錯(cuò)誤的概率高、后果嚴(yán)重。人工智能在核設(shè)施安全防護(hù)態(tài)勢(shì)感知方面的應(yīng)用，即應(yīng)用人工智能技術(shù)，對(duì)核設(shè)施所處地理環(huán)境、空天態(tài)勢(shì)、系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)部狀態(tài)、零部件使用壽命和性能參數(shù)等進(jìn)行綜合分析，對(duì)安全系數(shù)進(jìn)行評(píng)判，對(duì)威脅和潛在威脅進(jìn)行預(yù)判，提示可能的發(fā)展趨勢(shì)，以及如何選擇應(yīng)急預(yù)案等。

核設(shè)施安全防護(hù)防空預(yù)警 即對(duì)可能來(lái)自敵方破壞核設(shè)施的空天威脅進(jìn)行預(yù)先示警。出于保密需要和預(yù)防危險(xiǎn)的需要，核設(shè)施建設(shè)選址和載具大都遠(yuǎn)離居民稠密的地區(qū)，處在嚴(yán)密的安全保護(hù)之下。因此，如果欲達(dá)成大的、整體性毀滅效果，必須采取大型的特種作戰(zhàn)手段。

由于空襲具有快速、隱蔽、作戰(zhàn)半徑大、直達(dá)攻擊目標(biāo)等典型特點(diǎn)，于是成為對(duì)重要核設(shè)施的打擊和摧毀的首選方式。1981年6月7日，以色列出動(dòng)14架戰(zhàn)機(jī)遠(yuǎn)程奔襲，摧毀伊拉克首都巴格達(dá)東南約20公里處的核反應(yīng)堆。這一行動(dòng)的代號(hào)是“巴比倫行動(dòng)”。2007年9月6日，以色列18架F-16I戰(zhàn)斗機(jī)，從地中海方向，成功摧毀位于土敘邊境的敘利亞核設(shè)施。這一行動(dòng)的代號(hào)是“果園行動(dòng)”。

兩次行動(dòng)都采取了遠(yuǎn)程奔襲的空襲方式。因?yàn)槭掳l(fā)突然，以色列對(duì)空襲行動(dòng)的保密工作做得好，伊拉克對(duì)以色列的空襲毫無(wú)防備。而敘利亞雖然對(duì)核設(shè)施采取了嚴(yán)密的防空保護(hù)，但以色列應(yīng)用“舒特”網(wǎng)絡(luò)攻擊工具，成功欺騙了敘利亞采用的俄制“道爾-M1”防空系統(tǒng)的三坐標(biāo)雷達(dá)，使得敘利亞防空系統(tǒng)形同虛設(shè)。人工智能在核設(shè)施安全防護(hù)防空預(yù)警中的應(yīng)用，即應(yīng)用人工智能技術(shù)和方法，提高防空系統(tǒng)對(duì)來(lái)襲目標(biāo)的探測(cè)、辨識(shí)、威脅等級(jí)判別，以及發(fā)出預(yù)先警報(bào)的能力，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，不斷優(yōu)化防空系統(tǒng)的人工智能大模型辨別敵方欺騙信息的能力，在人工授權(quán)的條件下，自動(dòng)阻擊和摧毀來(lái)襲目標(biāo)。

核設(shè)施安全防護(hù)網(wǎng)絡(luò)防御 在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)遍布核設(shè)施各個(gè)組成部分，核設(shè)施基本功能和日常運(yùn)行都無(wú)法離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的情況下，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)已經(jīng)成為核設(shè)施安全防護(hù)不可忽視，甚至是至關(guān)重要的工作。對(duì)專(zhuān)業(yè)的核心網(wǎng)絡(luò)實(shí)行物理隔離，切斷與公共網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，曾經(jīng)是確保專(zhuān)業(yè)核心網(wǎng)絡(luò)相對(duì)安全的有效方法。

但是，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日益進(jìn)入日常生活，網(wǎng)絡(luò)載體無(wú)所不在的情況下，事實(shí)證明物理隔離已經(jīng)失效。2010年7月，伊朗布什爾核電站被“震網(wǎng)”病毒攻陷，導(dǎo)致伊朗濃縮鈾工廠內(nèi)約五分之一的離心機(jī)報(bào)廢。伊朗布什爾核電站的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與外網(wǎng)是物理隔離的，但是，“震網(wǎng)”病毒卻成功潛入系統(tǒng)實(shí)行破壞。經(jīng)過(guò)大量的專(zhuān)業(yè)分析，分析得出的可能原因，是核電站工作人員在內(nèi)外網(wǎng)之間混用了移動(dòng)存儲(chǔ)載體，為病毒潛入提供了機(jī)會(huì)。潛伏病毒在得到攻擊指令后，發(fā)起突然性集中網(wǎng)絡(luò)破壞行動(dòng)，對(duì)核設(shè)施產(chǎn)生了顯著的破壞作用。人工智能在核設(shè)施安全防護(hù)網(wǎng)絡(luò)防護(hù)中，可發(fā)揮獨(dú)特的作用。由于網(wǎng)絡(luò)攻擊具有非常高的隱蔽性，潛在網(wǎng)絡(luò)攻擊代碼和攻擊發(fā)生后的歸因判斷，都處于極其困難的階段。這就使得對(duì)于網(wǎng)絡(luò)攻擊既不能預(yù)防于前，又不能追責(zé)于后。人工智能技術(shù)的發(fā)展，可望在這方面發(fā)揮作用，取得技術(shù)突破。果如所愿，將對(duì)網(wǎng)絡(luò)防護(hù)產(chǎn)生深刻影響。

核設(shè)施安全防護(hù)中，針對(duì)核指揮控制和通信系統(tǒng)的工作包括升級(jí)系統(tǒng)性能、加強(qiáng)系統(tǒng)能力、防范敵方對(duì)系統(tǒng)的滲透和破壞、處理系統(tǒng)突發(fā)事件。核指揮控制和通信系統(tǒng)在國(guó)家戰(zhàn)略、核威懾等方面具有極其重要的作用。

美國(guó)2023年—2032年的十年，核武庫(kù)建設(shè)領(lǐng)域預(yù)算將達(dá)7560億美元，其中核指揮、控制和通信升級(jí)計(jì)劃投入達(dá)1170億美元。據(jù)權(quán)威信息來(lái)源的消息，美軍正在研究采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)核指揮控制和通信系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，首批入選的分系統(tǒng)占所有分系統(tǒng)的大約39%。但是，現(xiàn)有人工智能技術(shù)本身存在不確定性，應(yīng)用于具有戰(zhàn)略影響力的核指揮控制和通信系統(tǒng)，不僅要冒技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，也要冒極大的倫理風(fēng)險(xiǎn)。若因此造成疏失，無(wú)疑將給核設(shè)施安全防護(hù)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。

重要舉措

人工智能的發(fā)展應(yīng)用，以2016年3月谷歌公司開(kāi)發(fā)的“阿法狗”（AlphaGo）智能機(jī)器人以4：1的懸殊比分大勝韓國(guó)頂級(jí)圍棋高手李世石而引人注目。更加令人目瞪口呆的是，人工智能?chē)鍣C(jī)器人迅速以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越人的算力一騎絕塵，未久即達(dá)到人類(lèi)棋手不可企及的高度。現(xiàn)在，人類(lèi)圍棋頂尖高手也只能望圍棋智能機(jī)器人的項(xiàng)背。這就是以機(jī)器學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的人工智能大模型能量的展示。其以超凡的速度和算力，不斷自我迭代、更新、強(qiáng)化的功能，顯示了人工智能大模型的魅力和能力。將人工智能技術(shù)用于核設(shè)施安全防護(hù)，至少需要在以下幾個(gè)方面著力。

一是構(gòu)建核設(shè)施安全防護(hù)人工智能大模型及與其匹配的算力。核設(shè)施安全防護(hù)關(guān)系人類(lèi)安全、存亡，運(yùn)用人工智能大模型作為核設(shè)施安全防護(hù)的工具是自然之選。人工智能大模型是指擁有超大規(guī)模參數(shù)（通常在十億個(gè)以上）、超強(qiáng)計(jì)算資源的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，能夠處理海量數(shù)據(jù)，完成各種復(fù)雜任務(wù)，如自然語(yǔ)言處理、圖像識(shí)別等。建立核設(shè)施安全防護(hù)人工智能大模型，需要結(jié)合核設(shè)施安全防護(hù)的需要，確立相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，精確設(shè)計(jì)迭代算法等。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括選擇參數(shù)，確立數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式、數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系。參數(shù)選擇的正確與否，直接關(guān)系大模型是否抓住所要迭代、進(jìn)化的對(duì)象的實(shí)質(zhì)，數(shù)據(jù)之間的關(guān)系表現(xiàn)為各類(lèi)參數(shù)的排列方式和處理順序。算法則是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代、計(jì)算、處理的方法，它決定所要達(dá)成目標(biāo)的數(shù)據(jù)迭代、進(jìn)化的效率。因此，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的確立和算法優(yōu)化是大模型的關(guān)鍵部分。

另外，算力是人工智能大模型的核心要素。算力已經(jīng)不僅成為一個(gè)國(guó)家科技能力的重要指標(biāo)，甚至是國(guó)家綜合國(guó)力的重要指標(biāo)。再好的數(shù)據(jù)參數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，沒(méi)有算力的支撐也無(wú)濟(jì)于事。核設(shè)施安全防護(hù)人工智能大模型要實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行與不斷迭代，大型計(jì)算機(jī)、超級(jí)計(jì)算機(jī)的高超算力是必不可少的。

為了搶占新時(shí)代的科技制高點(diǎn)，美國(guó)高度重視高性能計(jì)算的算力增長(zhǎng)。2022年5月30日，美國(guó)能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的超級(jí)計(jì)算機(jī)Frontier實(shí)測(cè)性能達(dá)到1.1 Exaflops（1018"FLOPS），成為全球首臺(tái)E級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)。同年9月，美國(guó)信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會(huì)發(fā)布題為《保持美國(guó)高性能計(jì)算在E（百億億次級(jí)計(jì)算）時(shí)代的領(lǐng)先地位》的報(bào)告，介紹了高性能計(jì)算的重要性、國(guó)際高性能計(jì)算領(lǐng)導(dǎo)地位的重要性、高性能計(jì)算的下一代商業(yè)應(yīng)用，以及促進(jìn)高性能計(jì)算發(fā)展的政策建議。

二是完善核設(shè)施相關(guān)防空預(yù)警系統(tǒng)。以色列摧毀伊拉克核設(shè)施的“巴比倫行動(dòng)”和摧毀敘利亞核設(shè)施的“果園行動(dòng)”，都是采取的空襲行動(dòng)。因此，加強(qiáng)和完善核設(shè)施的防空預(yù)警系統(tǒng)，是保護(hù)核設(shè)施免被硬摧毀的關(guān)鍵之一。采用人工智能技術(shù)加強(qiáng)核設(shè)施防空預(yù)警，同樣需要建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，采集和積累信息、數(shù)據(jù)和參數(shù)，利用己方情報(bào)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)、通過(guò)技術(shù)和諜報(bào)手段獲取的敵方數(shù)據(jù)，以及己方研究獲取的參數(shù)，對(duì)防空預(yù)警智能系統(tǒng)進(jìn)行迭代升級(jí)。以確保在遭受攻擊時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)敵方來(lái)襲目標(biāo)，發(fā)出預(yù)先警報(bào)和精確摧毀敵方來(lái)襲的飛機(jī)或?qū)棥?/p>

三是提高入侵檢測(cè)能力。入侵與反入侵，入侵永遠(yuǎn)是主動(dòng)的，入侵檢測(cè)永遠(yuǎn)是被動(dòng)的。因?yàn)橹挥腥肭职l(fā)生，檢測(cè)才有可能。此時(shí)，入侵已經(jīng)發(fā)生，而檢測(cè)很難無(wú)懈可擊。此前，進(jìn)行入侵檢測(cè)，必須先建立入侵特征數(shù)據(jù)庫(kù)，才有可能對(duì)入侵進(jìn)行有效比對(duì)，發(fā)現(xiàn)、阻止和應(yīng)對(duì)入侵。而對(duì)于全新的入侵代碼，實(shí)際上入侵檢測(cè)連比對(duì)的對(duì)象都沒(méi)有，很難甚至根本不可能有效檢測(cè)。

例如，以色列攻擊敘利亞核設(shè)施的“果園行動(dòng)”中使用的舒特網(wǎng)電一體攻擊系統(tǒng)，是以色列和美國(guó)在絕密的條件下聯(lián)合研制，不僅攻擊手段是全新的，在攻擊發(fā)生前，代碼特征也無(wú)從掌控。但是，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家在事件發(fā)生后的深度分析，舒特攻擊的成功，單純通過(guò)敘利亞雷達(dá)系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)注入代碼是不太可能的。在攻擊發(fā)生前，應(yīng)該有代碼入侵且進(jìn)行成功潛伏，才有可能在“舒特”攻擊發(fā)生時(shí)里應(yīng)外合，才能攻陷敘利亞的道爾防空系統(tǒng)。

采用人工智能提高入侵檢測(cè)能力，可對(duì)已有入侵進(jìn)行共性分析，找到入侵代碼的本質(zhì)特征，甚至對(duì)可能的發(fā)展進(jìn)行預(yù)判。這樣，才可以在入侵的初始階段就發(fā)現(xiàn)和阻止入侵，防范于未然。但是，達(dá)成這樣的效果，首先需要掌握大量的入侵攻擊代碼，并從中挖掘出特征。這在西方發(fā)達(dá)國(guó)家擁有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、入侵攻擊的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的情況下，其他國(guó)家軍隊(duì)、政府和科研機(jī)構(gòu)所難以完成的。

總的來(lái)說(shuō)，將人工智能技術(shù)應(yīng)用于核設(shè)施安全防護(hù)是一柄雙刃劍，既可能帶來(lái)巨大的效益，提高核設(shè)施安全性，也可能帶來(lái)新的技術(shù)和倫理風(fēng)險(xiǎn)。在推進(jìn)人工智能技術(shù)應(yīng)用于核設(shè)施安全防護(hù)時(shí)，需要兼顧效率與安全，盡量減少風(fēng)險(xiǎn)，在確保安全的前提下注重效益的提升。

責(zé)任編輯：劉靖鑫