[發(fā)明專利]一種基于GNSS的時(shí)空組合加密通信方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810016938.7
• 申請(qǐng)日: 2008-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN101299661A
• 公開（公告）日: 2008-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢建平;孟令國;張傳香;黃國俊;武華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;G01S5/02;G01S1/02
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王緒銀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于GNSS的時(shí)空組合加密通信方法，涉及GNSS導(dǎo)航定位通信領(lǐng)域和信息安全領(lǐng)域。

背景技術(shù)

GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))是一個(gè)全球性的位置和時(shí)間的測(cè)定系統(tǒng)，是世界各國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的總稱。目前，GNSS包含了美國的GNSS、俄羅斯的GLONASS、中國的BD2和歐盟的Galileo系統(tǒng)。GNSS系統(tǒng)既能提供精確的導(dǎo)航定位功能，又同時(shí)具有全球衛(wèi)星移動(dòng)通信的能力，具有通訊與導(dǎo)航定位的雙重功能。目前GNSS系統(tǒng)以其高精度、高效率和低成本的優(yōu)勢(shì)已被廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、車輛導(dǎo)航與交通管理、通訊、勘探測(cè)繪，工程施工、氣象監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，在全世界范圍內(nèi)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

GNSS信號(hào)可以向地面觀測(cè)點(diǎn)提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息和精確的定位信息(定位精度優(yōu)于20米)。除此之外，GNSS信號(hào)同時(shí)提供固定周期的秒脈沖方波信號(hào)，其上升沿精度可達(dá)到納米秒，利用它可以使GNSS定位系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端相對(duì)衛(wèi)星同時(shí)得到時(shí)間信息而達(dá)到精確同步。TDMA正是利用GNSS進(jìn)行無線通信的一種多址技術(shù)，其原理是把時(shí)間分割成周期性的幀，每一個(gè)幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)，在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以分別在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)終端的信號(hào)而不混擾。同時(shí)，基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)終端的信號(hào)都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸，各移動(dòng)終端只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收，就能在合路的信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分并接收下來。

本發(fā)明提出一種基于GNSS的時(shí)空組合加密通信方法，尤其適用于基于GNSS的TDMA無線通信系統(tǒng)。該方法采用常規(guī)密鑰密碼機(jī)制，針對(duì)GNSS通信系統(tǒng)的特色，提出一種新的密鑰生成方法和傳輸方法，有效加強(qiáng)了密鑰的保密性和傳輸可靠性。該方法以通信區(qū)域劃分和周期性時(shí)間幀定制為基礎(chǔ)，發(fā)送端對(duì)數(shù)據(jù)加密采用的密鑰由空間S碼和時(shí)間T碼兩部分組合而成。空間S碼對(duì)應(yīng)發(fā)送端所處的空間區(qū)域，時(shí)間T碼則由數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間幀起始時(shí)刻決定，發(fā)送端對(duì)明文執(zhí)行加密后，將區(qū)域編號(hào)添加在密文頭部，接收端根據(jù)區(qū)域編號(hào)查找“區(qū)域S碼對(duì)照表”獲得區(qū)域S碼，時(shí)間T碼則基于GNSS的時(shí)間同步由接收端即時(shí)獲得。接收方根據(jù)相同方法組合S碼和T碼得到密鑰，對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行逆向解密。該加密通信方法中，密鑰隨發(fā)送端所在的空間和數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間的變化而動(dòng)態(tài)改變；時(shí)間T碼可由雙方即時(shí)獲得，S碼通過傳輸區(qū)域編號(hào)，由接收端對(duì)照表格獲得，再經(jīng)過保密方法組合得到通信密鑰；采用分組密碼體制，基于固定長度的密鑰可實(shí)施多種加密算法；整個(gè)加密過程大大增強(qiáng)了通信的保密性、安全性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于GNSS的時(shí)空組合加密通信方法。該加密方法以空間劃分和周期性時(shí)間幀定制為基礎(chǔ)。空間上，將通信區(qū)域按照一定的尺度和原則進(jìn)行區(qū)域劃分，為各分區(qū)進(jìn)行編號(hào)并以區(qū)域位置代表的空間坐標(biāo)為依據(jù)為各區(qū)域設(shè)置不同的區(qū)域S碼，GNSS通信雙方同時(shí)持有“區(qū)域S碼對(duì)照表”。時(shí)間上，收發(fā)雙方在基于GNSS完成時(shí)間校正和同步的基礎(chǔ)上，協(xié)同定制通信系統(tǒng)的周期性時(shí)間幀，并規(guī)定將數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)所處的時(shí)間幀起始時(shí)刻作為時(shí)間T碼。在通信過程中，數(shù)據(jù)發(fā)送端根據(jù)GNSS信號(hào)的精確經(jīng)緯度信息判斷自身所在的區(qū)域，獲取相應(yīng)S碼；根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻所處的時(shí)間幀周期獲取時(shí)間T碼。由S碼和T碼組合生成通信密鑰。發(fā)送端利用該密鑰對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并在密文頭部添加區(qū)域編碼信息，將密文發(fā)送到接收端。接收端收到數(shù)據(jù)后，首先取下密文頭部的區(qū)域編號(hào)字節(jié)，根據(jù)“區(qū)域S碼對(duì)照表”獲取S碼，然后自行獲得當(dāng)前時(shí)間幀周期的起始時(shí)刻作為T碼，按相同原則將S碼與T碼組合成密鑰后，利用該密鑰對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，獲取原始明文。該方法中通信密鑰隨發(fā)送端所處的空間區(qū)域和發(fā)送幀周期動(dòng)態(tài)改變，數(shù)據(jù)包加密需要的額外開銷少(只需添加區(qū)域編號(hào))，空間劃分尺度可隨整個(gè)空間的大小調(diào)整，數(shù)據(jù)發(fā)送周期可根據(jù)具體情況由通信雙方協(xié)同定制。加之豐富多樣的加密算法，使加密充分具備靈活性和防破解性，大大加強(qiáng)了通信過程的保密性和安全性。

一種基于GNSS的時(shí)空組合加密通信方法，其特征是，包括以下步驟：

(1)對(duì)選定的區(qū)域按照一定尺度和規(guī)則進(jìn)行分區(qū)，為分區(qū)進(jìn)行編號(hào)；

(2)在各分區(qū)選取區(qū)域位置代表，根據(jù)其坐標(biāo)信息生成區(qū)域S碼，建立“區(qū)域S碼對(duì)照表”；

(3)通信雙方定制數(shù)據(jù)發(fā)送的周期性時(shí)間幀，劃分時(shí)隙；

(4)定制密鑰生成方法和基于密鑰的加密算法；

(5)發(fā)送端根據(jù)GNSS信號(hào)提供的經(jīng)緯度信息，判斷自身所在的區(qū)域，獲得區(qū)域S碼；