▲图源：ObserverResearchFoundation
（一）海底光缆网络
世界上大多数通信往来都位于“云”中——一个庞大的全球远程服务器网络。陆地站通过位于海底的“长途”光缆进行连接，涉及大约95%至99%的洲际互联网流量传输。海底光缆容量的需求受到了网页的指数级增长、消费者对数据传输速度的期望，以及企业和政府“上云”的推动。
此外，国民经济的运作也依赖于海底光缆传输。例如，美国清算所国际银行支付系统（CHIPS）为各种金融机构提供服务，并依赖于海底光缆来实现超过22个国家间的财务交易。CHIPS每天处理大约1.8万亿美元的国内和国际支付交易。
毫不奇怪，美国国土安全部将海底光缆视为“关键基础设施”，这意味着其“瘫痪或毁灭将对国家经济安全产生严重影响”。各种安全挑战也应引发政府和商业部门展开对话并采取措施。如下图所示，卫星、陆地光纤和移动运营商网络通常提供“第一公里”和“最后一公里”的服务，而中间更长距离的连通性依赖于陆地光纤或海底光缆网络。
▲海底光缆网络的关键要素。海底光缆基础设施提供了与数据中心、陆地光纤和光缆、移动运营商网络以及卫星的连通性。尽管海底光缆主导了长途跨洋数据传输市场，但在未来，一系列连通性平台可能占据更大的份额，包括高通量同步轨道卫星（HTSGEO）到大型低轨道卫星星座（LEOconstellations）。网络运营中心和数据中心可以根据性能标准和业务需求在各个位置进行战略性部署。（图源：原文）
（二）互联网回程网络
海缆着陆站设有“海缆线路终端设备”（SLTE）。这是“湿装置”（海底光缆）与“干装置”（SLTE）相遇的地方，光缆终端盒将通信光缆分成光纤和电源线。其他关键要素包括线路终端设备、网络保护设备和网络管理设备。网络管理设备可以充当是陆地光纤、无线或移动运营商、卫星回程网络（backhaulnetworks）的“交通警察”。（译者注：回程网络就是线路的返回线路，一般的终端用户的下载业务比较大，上行数据量比较小。）
（三）数据中心和用户
数据中心（DataCenter，DC）运营商正在改进其业务模式，寻求更高效的路径和新的全球数据传输方式。图1展示数据中心的各种潜在位置。一些数据中心位于海缆着陆站，以利用规模经济；其他数据中心选择更靠近“边缘”的位置，其规模通常较小并且更接近客户。
由于数据中心耗电量大，80%的成本与冷却有关，因此一些数据中心正在转向气候较冷的地区，如瑞典、挪威和冰岛。其他数据运营商则被吸引到能利用可再生能源（如太阳能和风电）的地点。例如，微软云（Azure）一直在研究如何设计一种利用潮汐能进行冷却的“海底数据中心”。
（四）卫星：未来架构
在短期内，海底光缆将继续是传输国际数据传输的骨干。然而，连通性的世界正在发生变化，运营商如SpaceX的“星链”（Starlink）、TeleSat的Lightspeed和OneWeb已经部署了它们的低轨道卫星星座。另外，亚马逊的Kuiper项目也已进入规划和许可阶段。这些低轨道卫星星座旨在提供全球宽带服务。
这些卫星星座与陆地无线网络之间的战略合作将带来协同效应：陆地网络将能够扩展到偏远和农村地区，而低轨道卫星星座将提供更大的回程网络容量。最近，一些公司已经建立了上述合作关系，如Verizon和AmazonKuiper，AT&T和OneWeb。这些合作伙伴关系可能使高速、高通量的长途网络成为可能，并且与海底光缆争夺全球市场份额。
（作者注：光学卫星间链接OISL提供了低延迟的点对点传输优势，与海底或陆地光纤网络相比，因为卫星间的光线不受大气或折射材料的阻碍。相比之下，通信光纤的折射率约为1.5，其材料特性会导致减度。在真空中，光速传输比陆地/海底光纤快50%。未来，星链等光学无线卫星网络率先广泛应用于高利润领域，如高频金融交易和游戏。）
假设OISL继续发展，卫星可能成为全球网络运行的基础。若卫星星座能提供千兆位速度的数据网络，将与海底光缆传输直接竞争。至少，数据网络所有者和运营商可将基于太空的长途网络视为另一种技术选项。目前，卫星运营商和海底光缆提供商是相互连接的合作伙伴，但技术发展总能迅速改变行业格局。
（一）海底光缆的历史与演变
自数字时代的曙光以来，海底光缆行业发生了巨大变化。在互联网大繁荣之前，海底光缆公司通常由电信运营商建设，用于传输具有相对可预测流量的语音数据。
在1988年，微波和卫星依然是世界上主要的数据传输方式。也正是这一年，第一条纯光缆，即横跨大西洋的第八号光缆（Trans-Atlantic-8）开始运营。不到三年后，1991年7月，光缆超越卫星，成为支持全球数字网络的主要媒介。在20世纪90年代的互联网快速发展期间，电信行业花费了超过200亿美元铺设了从纽约到伦敦、穿越地中海的海底光缆。
（二）全球互联网使用和海底光缆发展的市场势头
非洲和亚洲正是海底光缆投资和建设的高速增长地区。当然，这并没有完全揭示整个故事。除了增加的互联网用户规模，现有的互联网用户期望获得更大的带宽。在2018年到2023年之间，用户将看到他们的平均宽带速度从45.0Mbps增加到110.4Mbps。
（三）光缆所有权
自1858年第一条跨大西洋电报光缆诞生以来，海底光缆通常由私人公司拥有和安装。当前，全球大约有436条由私人投资者、科技公司或政府共同拥有的海底光缆正在运营，其中50条光缆为美国提供服务，集中在20个区域。在美国东海岸，它们集中在纽约、新泽西、弗吉尼亚海滩和迈阿密附近；在西海岸，其靠近洛杉矶、旧金山、加利福尼亚中部和俄勒冈。
（四）超大规模内容提供商的崛起
起初，数据中心、OTT互联网服务商、CSP云服务提供商等“内容提供商”（ContentProviders）是海底光缆容量的重要采购方。在2010年，头部的内容提供商意识到，通过拥有数据传输渠道，他们可以影响网络并降低每比特的成本。例如，Google成为了“Unity”光缆的部分所有者，该光缆从日本千仓延伸至加利福尼亚的雷东多海滩。快进到2022年，更多的“超大规模”（hyperscale）内容提供商已经拥有并运营自己的光缆。
美国内容提供商彻底改变了海底光缆行业，现在占据了2018年至2020年跨大西洋光缆投资的80%，而在2015至2017年期间仅占据20%。事实上，Google已经成为海底光缆的最大投资者，拥有六条运营中的光缆，并计划到2022年再增加八条新线路。
如今，超大规模内容提供商占据了大部分国际容量，在2020年达到了66%。与此同时，Google和Facebook拥有约29%的所有光缆。其中一些是他们独自拥有的，例如，Google拥有从智利到洛杉矶的Curie光缆的全部权益。Facebook的一位高管表示，“多年来，我们已经从光缆租户变为主要的业主。最近，我们已经作为投资者做出了更长期的承诺，即进一步拥有连接到我们数据中心的基础设施。”
互联网巨头常常为海底光缆行业提供积极刺激，因为他们不介意短期的投资受损，并且能够将手上的大笔现金转化为现实资产。这些巨头投资者通常使用联盟模式运作，并允许较小的投资者参与。每年都有更多的光缆被铺设，以满足不断增长的带宽需求，替换老化的光缆，以及优先考虑路线多样性和未开发市场。
（五）海底光缆的竞争格局与地缘政治
除美国外，中国也是海底光缆领域的重要参与者。目前，中国已在80多个国家开展光缆项目，作为“数字丝绸之路”战略重要组成部分。一个代表性的中国公司是“华海通信”（原“华为海洋”），其与英国公司GlobalMarineSystems合资后成为该行业的第四大参与者。到2020年，该公司建造或维修了全球近四分之一的海底光缆。其他三家公司为美国的SubCom，芬兰的AlcatelSubmarineNetworks和日本电气（NEC）。
最近的一个中国项目“和平光缆”（PEACE）也由华海通信部分拥有和建造。该项目全长近12000公里，计划从中国西部地区出发，穿越中巴经济走廊，在瓜达尔港入海、通过非洲之角，经过吉布提、埃及、肯尼亚，最后在法国马赛终止。该项目将提供从亚洲到欧洲最直接、容量最大的线路，再加上极低的延迟，这对于许多商业应用程序和消费者应用程序都非常重要。
当下马赛是法国南部地中海的战略要地，正成为欧洲日益重要的互联枢纽。和平海底光缆是在马赛落地的第15条海底光缆，这一合作不仅将进一步提高马赛网络枢纽的竞争力，也将有助于扩大和平海底光缆的市场。
“成功攻击英国海底光缆将对我们构成生存威胁。然而，这些光缆的确切位置既偏僻又公开。这是世界经济的要害，也是相当吸引我们敌人的目标。”
——英国首相苏纳克
除了透明度和所有权的担忧，海底光缆还面临各种自然、意外和恶意威胁。除下图所示外，海底光缆着陆站点的另一个自然风险来自全球气候变化——海平面每年大约上升1/8英寸。
幸运的是，光缆运营商往往会安排多余的网络容量。面对突发状况，运营商通过自动重定向，点亮“黑光纤”的多余网络容量以迅速响应客户需求。与此同时，运营商可以指导光缆维修船利用潜水机器人或遥控车辆来寻找并修复断裂。从长远来看，许多运营商都有备用的海底路径计划，以报账更强大的供应韧性。
近年来，海底光缆的数据安全成为一个重要挑战，主要问题包括：数据渗透、渗漏、恶意软件、数据损坏、时序、窃听/监听、拒绝服务、元数据分析、光纤干扰、欺骗和加密。当前的保护措施包括软件和硬件减轻措施、监视、篡改检测和警报、密钥管理、网络运营中心监视，以及入侵检测系统（IDS）和入侵防御系统（IPS）分析。
许多正在使用的海底光缆建设于上世纪末和21世纪初，其寿命只有25年。很多光缆的寿命已经或即将到期，也导致故障风险提升，并直接影响全球互联网链接。有关当前光缆故障和维修的报告可在SubmarineTelcomsForums网站上找到，以下是一些示例：
众多国内和国际政策已经涉及对物理和网络通信基础设施的监管范畴。然而，现有体系可能无法解决海底光缆的威胁，因为过去政策更侧重于商业和经济竞争领域，而当前威胁却涉足更关键的所有权架构以及安全访问等国家安全问题。
（一）海洋区域
海底光缆可以穿越下面列出的任何海洋区。根据根据《美国海岸领航手册》的说法，这些光缆可能不会被绘制在海图上。对于近岸地区，光缆埋在海床下；对于外部海洋区域，光缆通常位于海底。
根据国际法承认的海洋区域包括：
（二）政策与监管体系：美欧实践
从海底光缆基础设施价值链出发，美国政府的多个机构，包括国土安全部、电信、太空和卫星部门以及网络安全部门，都已制定了相应的指导意见、法规和标准。
▲海底光缆基础设施价值链的风险和监管体系
历史上，美国的海底光缆监管主要依靠两项法令：
新兴的卫星通信系统已开始提供类似海淀光缆的容量和吞吐量，以增强通信基础设施的韧性和冗余性。此前，轨道卫星主要通过无线电频率进行通信，但新的低地球轨道（LEO）卫星运营商意识到了自由空间光通信（FSO）的潜力。例如，SpaceX的首席执行官马斯克在2021年1月发推文表示，“明年发射的所有卫星都将配备激光链接。”星链（Starlink）已经为一些卫星配备并发射了“光学卫星间链接”（OISL）。除了星链，英国的OneWeb和加拿大的Telesat的LEO卫星星座也正在考虑未来的OISL实施。
（一）网状架构提供更强的韧性
根据布鲁金斯学会研究员弗兰克·罗斯（FrankRoss）认为，“我们不应该独立看待太空、网络和海底光缆，因为这些领域正在日益交织在一起。在网状架构下，如果一个对手决心想要切断通信基础设施，它就必须能够同时部署并协调多种手段，以攻击太空、互联网和海底光缆。”
传统通信基础设施依赖于中心化系统，例如如光纤主干线、移动通信基站和卫星的“弯管”（bent-pipe）架构，其中卫星主要用于将信号重新传输回地球。相比之下，网状通信涉及多个“节点”之间的点对点通信，而不是依赖于中心化和容易受到攻击的节点。通过算法，现代网状光学或无线电网络允许网络不断重新自我配置，以提供最快的路径到达目的地，并在故障发生时进行自我修复。
因此，接下来的关键项目和任务应努力实现一定程度的平台多样性，以应对海底光缆（统一通信基础设施）故障事件。随着卫星通信这个选项的快速发展，政府和私营部门都可以开始认真思考如下具体问题：
（二）政策与技术：卫星作为未来的通信基础设施
下表是当前太空通信基础设施进展的技术分析：
海底光缆技术即新兴又成熟，经过30年的演化和增长，已经成为我们经济、社会和国家安全的关键因素。如今，地缘政治利益将在争夺海底光缆市场的控制上得到体现。为确保海底光缆的安全性和韧性，政府应该采取以下措施：
实现“整个网络”的透明度和安全性，以提高对通信企业（包括海底、陆地、空中和卫星部分）的认识和管制。诸如美国国家电信安全审查小组（TeamTelecom）之类的组织应继续通过将许可证和执照进行例行和主动监测来提高所有权和投资的透明度。在领土和领海之外，也要防止不良行为者利用海洋治理中的漏洞来进行黑客攻击或损坏光缆。
（译者注：美国国家电信安全审查小组TeamTelecom是一个非常隐秘的美国安全组织，由FBI、美国司法部、国防部和国土安全部官员组成，至今网上对于这个组织信息非常少。TeamTelecom隐身在联邦通信委员会之后，是美国网络安全审查高级监管机构，主要负责保护美国政府通信安全、保护美国政府对通信进行窃听和监控的能力、预防恐怖行为、防止洗钱和毒品走私。所以，TeamTelecom在美国电信市场牌照审批、重大基础设施建设、重组和并购等项目中具有绝对的审核权和否决权。）