Introduzione
In un contesto globale in cui lo spazio è diventato un’arena strategica, le dinamiche di sistemi spaziali, segnali e sicurezza richiedono un approccio d’insieme e lungimirante. Per proteggere le infrastrutture dalle minacce, tale approccio deve integrare progressi tecnologici e difesa strategica. In questo scenario, alcuni Paesi mirano a utilizzare tecnologie di punta, basate in particolare sulla fisica quantistica, per la sicurezza delle comunicazioni satellitari. Questa direzione strategica è guidata dal riconoscimento che la tecnologia quantistica (QT) può rivoluzionare i paradigmi classici di strategia spaziale. Le iniziative mirano a creare un’infrastruttura di comunicazione sicura e affidabile, con componenti spaziali e terrestri, per garantire continuità e sicurezza dei servizi di comunicazione satellitare e, in futuro, una rete di comunicazione quantistica.
Sfide delle comunicazioni satellitari
Le comunicazioni satellitari (satcom) consentono lo scambio di informazioni tra terminali terrestri tramite satelliti, superando i limiti della linea di vista. Operando inoltre su bande di frequenza più ampie, permettono la trasmissione ad alta velocità di grandi volumi di dati. Essendo le comunicazioni satellitari un’infrastruttura cruciale, ne consegue una forte enfasi sulla loro sicurezza. Inoltre, data l’importanza dei domini cyber e spazio nel supportare gli altri domini strategici, l’interconnessione tra i due diventa un punto critico. Tuttavia, nonostante le opportunità che offre, l’aumento dei sistemi spaziali ha aumentato le minacce alla loro sicurezza.
Le minacce ai sistemi satellitari si manifestano principalmente attraverso attacchi cyber ed elettronici. Gli attacchi elettronici mirano a interrompere i segnali utilizzati per la trasmissione dei dati, mentre gli attacchi cyber puntano ai dati stessi e ai sistemi utilizzati per la loro trasmissione e gestione. Gli attacchi elettronici includono tecniche di jamming e spoofing. Il jamming genera un blackout della comunicazione per la durata dell’attacco a causa di interferenze sulla banda radio di collegamento tra il satellite e la stazione di terra. Lo spoofing consiste nel trasmettere segnali falsificati nel flusso di dati, consentendo potenzialmente all’aggressore di assumere il controllo delle operazioni fino alla conclusione dell’attacco.
Gli attacchi cyber possono manifestarsi in molteplici forme, tra cui il monitoraggio e intercettazione del traffico dati o l’inserimento di dati corrotti all’interno di un sistema. La superficie di attacco può comprendere satelliti, stazioni di terra o i sistemi degli utenti finali. Un attacco informatico può portare al furto, compromissione o manipolazione dei dati, all’interruzione della rete di comunicazione e persino al controllo del satellite, con conseguenze potenzialmente permanenti sull’operatività del satellite stesso.
Le vulnerabilità informatiche non solo compromettono le prestazioni del sistema durante un attacco, ma possono minare al contempo la fiducia nei principi della sicurezza informatica, influenzando la percezione, i calcoli strategici e l’attribuzione degli attacchi. La difficoltà nell’individuare e prevenire gli attacchi cyber evidenzia l’importanza di identificare le potenziali vulnerabilità e implementare misure di sicurezza proattive.
Le minacce cyber, oltre che ai collegamenti di comunicazione, possono essere dirette all’infrastruttura spaziale o terrestre. Le stazioni di terra, che fungono da porte d’accesso ai satelliti, spesso non dispongono di misure di autenticazione adeguate. Inoltre, i sistemi software ospitati in queste strutture richiedono aggiornamenti e patch regolari per affrontare le potenziali minacce. Le vulnerabilità si estendono alla sicurezza dei componenti della catena di approvvigionamento, all’uso di satelliti commerciali per scopi militari, alla potenziale presenza di backdoor di crittografia e alle pratiche procedurali e relative al personale.
Lo scambio sicuro di dati attraverso la comunicazione satellitare si basa in gran parte sulla crittografia. Tuttavia, con il progresso della potenza di calcolo, gli aggressori hanno accesso a strumenti sempre più sofisticati per violare gli algoritmi di crittografia. Le tecniche crittografiche convenzionali sono vulnerabili alle capacità dei computer quantistici, che presto disporranno del potenziale per fornire soluzioni altamente accurate ed esponenzialmente più veloci ai problemi matematici rispetto ai computer classici, rendendo molti algoritmi crittografici vulnerabili a una decrittazione più rapida.
L’Unione Europea (UE) riconosce le minacce derivanti dai progressi tecnologici e ha adottato misure proattive per migliorare la protezione delle informazioni critiche. La risoluzione del Consiglio sulla crittografia del 2020 sottolinea l’importanza di un quadro normativo comune che faciliti lo svolgimento efficace delle responsabilità operative della autorità competenti e la necessità di promuovere la crittografia quantistica. La strategia dell’UE in materia di sicurezza informatica del 2020, anticipatrice dell’imminente iniziativa IRIS2, approfondisce l’interazione tra comunicazioni satellitari sicure e crittografia, con un focus sull’infrastruttura europea di comunicazione quantistica (EuroQCI).
Tecnologie quantistiche a supporto delle comunicazioni satellitari
Le caratteristiche naturali della tecnologia quantistica (QT) offrono nuove soluzioni per affrontare le vulnerabilità degli attuali metodi di comunicazione. La QT sfrutta le proprietà della meccanica quantistica applicate ai singoli sistemi quantistici, che comprende particelle o quasiparticelle come fotoni ed elettroni. Il controllo dei singoli sistemi su scala quantistica rappresenta l’obiettivo dell’attuale seconda rivoluzione quantistica.
Le tecnologie quantistiche hanno applicazioni sia civili che militari e sono considerate in grado di alterare la natura della guerra potenziando esponenzialmente i domìni tradizionali. L’importanza delle capacità spaziali e i progressi nella QT hanno portato alla convergenza di questi due campi, creando un ecosistema quantistico spaziale. In questo ecosistema, la creazione di una rete di comunicazione quantistica sicura non riguarda tanto la velocità di trasferimento dei dati, quanto il grado di sicurezza senza precedenti offerto grazie alla salvaguardia dei dati tramite qubit.
Lo spettro di applicazioni di comunicazione quantistica comprende:
- Quantum-Secure Direct Communication (QSDC): consente la trasmissione di modesti volumi di dati senza la necessità di distribuire chiavi. Sfrutta sia i singoli fotoni che i fotoni entangled, riducendo le vulnerabilità relative alla memorizzazione delle chiavi crittografiche.
- Crittografia quantistica basata sulla posizione: utilizza la posizione geografica di una delle parti come credenziale richiesta per accedere alle informazioni trasmesse. Ne consegue che l’accesso è limitato a specifiche località sulla Terra.
- Firma Digitale Quantistica (Quantum Digital Signature, QDS): paragonabile alla firma digitale tradizionale, protegge i messaggi da potenziali intrusioni o danni dopo la loro firma.
- Identificazione sicura quantistica: facilita l’identificazione dell’utente utilizzando attributi quantistici ed eliminando l’esposizione delle credenziali di autenticazione.
- Distribuzione a chiave quantistica (Quantum Key Distribution, QKD): garantisce una robusta sicurezza crittografica durante la trasmissione delle chiavi crittografiche e allerta tempestivamente sia il mittente che il destinatario di qualsiasi tentativo di intercettazione. Il punto di forza della QKD è la sicurezza teorica dell’informazione, garantendo che i tentativi di intercettazione siano rilevati. Viene utilizzata esclusivamente per la trasmissione di chiavi crittografiche, mentre i dati effettivi vengono inviati attraverso canali di comunicazione convenzionali.
Tra queste applicazioni, una notevole enfasi viene generalmente posta su quest’ultima, con la prima dimostrazione, realizzata da Bennett e Brassard nel 1989. Ad oggi, le uniche dichiarazioni relative al buon esito della QKD da satellite a terra provengono dalla Cina, impiegando il satellite quantistico Micius. Alcuni Paesi e organizzazioni stanno sviluppando reti QKD, tra cui la Cina stessa, l’UE con l’EuroQCI (European Quantum Communication Infrastructure) e gli Stati Uniti con il testbed gestito dal DC-QNet (Washington Metropolitan Quantum Network Research Consortium). L’Agenzia Spaziale Australiana ha in programma una rete di comunicazione quantistica nel 2027. Si stima che il mercato della QKD via satellite passerà dal valore di mezzo milione di dollari del 2025 a oltre un miliardo di dollari nel 2030, con oltre il 60% dei progetti in risposta a esigenze di sicurezza nazionale.
L’utilizzo di satelliti dotati di carichi utili quantistici rappresenta una soluzione pratica per stabilire canali di comunicazione a lunga distanza. Ciò supera le limitazioni della QKD terrestre dovute al rumore ambientale nell’atmosfera, che la rende impraticabile per distanze superiori a poche centinaia di chilometri senza l’uso di ripetitori quantistici, ostacolati anch’essi da caratteristiche topografiche, problemi di trasmissività oltre la linea di vista, considerazioni sulla sicurezza fisica, velocità di trasmissione di qubit relativamente basse ed elevate perdite di segnale. In una comunicazione quantistica spaziale, la trasmissione viaggia attraverso l’atmosfera per appena 10 chilometri circa, in parte nello spazio vuoto, riducendo il rumore e la perdita di segnale, e incrementando così l’efficienza e affidabilità complessive. Data la potenziale influenza dei fattori ambientali e attacchi denial-of-service sulla QKD, un’infrastruttura ottimale dovrebbe comprendere una costellazione di satelliti e stazioni ottiche di terra per facilitare il reindirizzamento dei canali di trasmissione.
Le sfide nella sicurezza della QKD risiedono anche nella standardizzazione dei protocolli. In questo senso l’Organizzazione Internazionale per la Normazione (ISO) ha sviluppato gli standard ISO/IEC 23837-1 e ISO/IEC 23837-2.
Conclusioni
La creazione di un’infrastruttura di comunicazione quantistica è fondamentale per garantire la riservatezza delle comunicazioni e introdurre funzionalità per l’intelligence dei segnali (SIGINT) e delle comunicazioni (COMINT). Infatti, la trasmissione di dati quantistici attraverso singoli quanti rende qualsiasi tentativo di intercettazione rilevabile, e il trasporto dei dati quantistici attraverso fotoni coerenti rende difficile localizzare il collegamento di comunicazione senza conoscere la posizione delle parti comunicanti.
Tuttavia, lo sviluppo e la realizzazione di queste infrastrutture richiedono un sostegno finanziario continuo per la ricerca, lo sviluppo, la sperimentazione e la collaborazione.
Se realizzata appieno, un’infrastruttura di comunicazione quantistica si configurerebbe come nucleo nevralgico a garanzia della sicurezza e resilienza delle comunicazioni, e costituirebbe un progresso tecnologico e un valore strategico che proiettano in prima linea nella rivoluzione quantistica, nelle comunicazioni satellitari, e nel contesto spaziale e securitario.
Bibliografia
Australian Space Agency. (2020). Communications Technologies and Services Roadmap 2021-2030. Accessibile via: https://www.space.gov.au/about-agency/publications/communications-technologies-and-services-roadmap
Bedington, R., Arrazola, J.M. and Ling, A. (2017). Progress in satellite quantum key distribution. npj Quantum Information. 3. https://doi.org/10.1038/s41534-017-0031-5
Bennett, C. H. & Brassard, G. (1989). Experimental quantum cryptography: the dawn of a new era for quantum cryptography: the experimental prototype is working!. ACM Sigact News 20, 78–80. https://doi.org/10.1145/74074.74087
Cage, P. (2022). NRL Announces the Washington Metropolitan Quantum Network Research Consortium (DC-QNet). U.S. Naval Research Laboratory. https://www.nrl.navy.mil/Media/News/Article/3060477/nrl-announces-the-washington-metropolitan-quantum-network-research-consortium-d/
Council of the European Union. (2020). Council Resolution on Encryption – Security through encryption and security despite encryption. 13084/1/20 REV 1. https://data.consilium.europa.eu/doc/document/ST-13084-2020-REV-1/en/pdf
European Commission and High Representative of the European Union for Foreign Affairs and Security Policy. (2020). The EU’s Cybersecurity Strategy for the Digital Decade. Accessibile via: https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/library/eus-cybersecurity-strategy-digital-decade-0
European Parliament and Council of the European Union. (2023). European Parliament and Council Regulation (EU) 2023/588 of 15 March 2023 establishing the Union Secure Connectivity Programme for the period 2023-2027. (2023). OJ L 79/1. https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2023/588
Harrison, T. et al. (2022). Space Threat Assessment 2022. https://csis-website-prod.s3.amazonaws.com/s3fs-public/publication/220404_Harrison_SpaceThreatAssessment2022.pdf?VersionId=DfdcNDlBOYINwhkIVeqfSJ.yfmOx_5ZB
ISO. (5 agosto 2025, ultimo accesso). ISO/IEC 23837-1:2023. https://www.iso.org/standard/77097.html
ISO. (5 agosto 2025, ultimo accesso). ISO/IEC 23837-2. https://www.iso.org/standard/77309.html
Joint Chiefs of Staff. (2022). Department of Defense Satellite Communications. https://www.jcs.mil/Portals/36/Documents/Library/Instructions/CJCSI%206250.01G.pdf
Krelina, M. (2021). Quantum technology for military applications. EPJ Quantum Technology 8, 24.https://doi.org/10.1140/epjqt/s40507-021-00113-y
Krelina, M. (2023). The Prospect of Quantum Technologies in Space for Defence and Security. Space Policy, Volume 65, 101563. https://doi.org/10.1016/j.spacepol.2023.101563
Lafleur, A. (9 maggio 2025, ultima modifica). Space-Based Quantum Key Distribution: Market Map and Competitive Landscape 2025. https://spaceinsider.tech/2025/03/05/space-based-quantum-key-distribution-market-map-and-competitive-landscape-2025/
Liao, SK., Cai, WQ., Liu, WY. et al. (2017). Satellite-to-ground quantum key distribution. Nature 549, 43–47. https://doi.org/10.1038/nature23655
Liu, J. (7 gennaio 2021, ultima modifica). World’s First Integrated Quantum Communication Network. Chinese Academy of Sciences. https://english.cas.cn/research/highlight/qp/202101/t20210107_261465.shtml
Qi, R. et al. (2019). Implementation and security analysis of practical quantum secure direct communication. Light Sci Appl 8, 22. https://doi.org/10.1038/s41377-019-0132-3
Sidhu, J.S., et al. (2021). Advances in space quantum communications. IET Quant. Comm. 2(4), 182– 217. https://doi.org/10.1049/qtc2.12015
The Australian Army. (2021). Army Quantum Technology Roadmap. https://researchcentre.army.gov.au/sites/default/files/RD5734_Quantum%20Roadmap%20WEB.pdf
Unal, B. (2019). Cybersecurity of NATO’s Space-based Strategic Assets. Chatham House. https://www.chathamhouse.org/sites/default/files/2019-06-27-Space-Cybersecurity-2.pdf
Van Amerongen, M. (2021). Quantum technologies in defence & security. NATO. https://www.nato.int/docu/review/articles/2021/06/03/quantum-technologies-in-defence-security/index.html
Francesco Macci ha conseguito un Erasmus Mundus International Master’s Degree in Security, Intelligence and Strategic Studies (IMSISS), un master in Leadership per le Relazioni Internazionali e il Made in Italy, e un corso di alta formazione in Istituzioni e Politiche Spaziali con una borsa di studio dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Per il Moroccan Institute for Policy Analysis (MIPA) ha pubblicato “The Growth of the Moroccan Military Air Power” (2023). Ha coordinato il Security & Defence Working Group dello European Student Think Tank (EST), ha operato come analista di intelligence nel settore privato, e attualmente ricopre il ruolo di Security Manager.