[發明專利]基于北斗短報文的北斗導航電文認證方法

在審

• 申請號: 201711231793.8
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108008420A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 陳思源;張爽娜;李作虎;王宏偉;李東俊;劉鵬
• 申請（專利權）人: 北京衛星信息工程研究所
• 主分類號: G01S19/21
• 分類號: G01S19/21;H04L9/32;H04L9/08
• 代理公司: 北京善任知識產權代理有限公司 11650
• 代理人: 王大方;金楊

本發明提出一種基于北斗短報文的北斗導航電文認證方法，包括：地面控制中心生成密鑰及通過密鑰將基本導航數據進行加密處理生成信息認證碼MAC，加入北斗導航電文預留字節中作為認證信息發送給各MEO衛星，且隨北斗導航電文發送給各用戶；將密鑰加密后加入持續廣播的出站廣播電文中發送給各GEO衛星，且將其以短報文形式播發給用戶；所述用戶將接收到北斗導航電文進行存儲，對接收到的短報文中密鑰進行密鑰驗證，通過驗證的密鑰將接收到的北斗導航電文加密生成信息認證碼MAC，并將其與接收的信息認證碼MAC進行比較，若比較結果為相同則判斷為北斗信號為真實信號。本發明更具針對性、靈活性，保證認證密鑰安全、減少認證所需數據開銷。

技術領域

本發明屬于北斗導航數據處理領域，涉及一種基于北斗短報文的北斗導航電文認證方法。

背景技術

由于衛星信號相對較弱，欺詐設備能夠輕松頂替衛星信號并傳輸虛假位置數據。根據具體受攻擊目標設備的不同，這種欺詐可能引發相對良性(導致設備用戶錯誤認知自己的所在位置)或者潛在致命(導致船舶偏離航線)的后果。美國國家運輸部在2001年提交的技術報告中指出了GPS信號的脆弱性及民用GPS接收機存在的潛在欺騙式干擾威脅。報告引用了Edwin L.Key的備忘錄中的提出的抗欺騙式干擾技術，主要包含六種方法:功率檢測、到達時檢測、慣導組合一致性檢測、極化方式鑒別、到達角檢測、加密認證。技術1到5是在接收機層面上實現檢測欺騙攻擊的方式，但并不能保證檢測的有效性，且需要額外的硬件成本。而技術6(加密與認證)被認為是最具魯棒性的一種抗欺騙方式。但實際系統應用中，導航信號加密認證技術存在密鑰安全性、加密認證引起的數據開銷等問題；目前已有文獻中提出的的信號認證方法主要包括ECDSA、TESLA、ECDSA和TESLA結合三種方法，相對于ECDSA認證方法，TESLA認證能節省數據開銷，但也存在著不夠標準化、需接收機鐘差小于密鑰延遲時間等問題，兩種相結合的方式通過在ECDSA中插入TESLA認證減少ECDSA認證頻率，從而減少字節開銷，但重復認證加大了認證計算量和數據存儲需求，每段電文需待ECDSA認證過才完成認證，時間較長。此外，目前已有方案中針對北斗信號的認證方案較少。

發明內容

發明所要解決的課題是針對欺騙式干擾作用下接收機定位錯誤、已有信號認證方式密鑰安全性差、認證引起的數據開銷大的問題。

用于解決課題的技術手段是，提出一種基于北斗短報文的北斗導航電文認證方法，利用北斗短報文安全性好、雙向通信等特點對信號認證方式進行設計，以實現在有效排除欺騙式干擾信號惡意誘導、降低信號被敵方干擾風險的同時，保證認證密鑰安全、減少認證所需數據開銷。

本發明的一種基于北斗短報文的北斗導航電文認證方法，包括如下步驟：

地面控制中心生成密鑰及通過密鑰將基本導航數據進行加密處理生成信息認證碼MAC，將信息認證碼MAC加入北斗導航電文預留字節中作為認證信息發送給各MEO衛星，且MEO衛星將該加入了認證信息的北斗導航電文發送給各用戶；

所述地面控制中心將密鑰加密后加入持續廣播的出站廣播電文中發送給各GEO衛星，且GEO衛星將其以短報文形式播發給用戶；

所述用戶將接收到MEO衛星發送的北斗導航電文進行存儲，及對接收到的GEO衛星播發短報文中密鑰進行密鑰驗證，通過驗證的密鑰將接收到的北斗導航電文進行相同的加密處理生成信息認證碼MAC，并將生成的信息認證碼MAC與接收到的認證信息中信息認證碼MAC進行比較，若比較結果為相同則判斷為北斗信號為真實信號。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案，所述地面控制中心通過隨機產生的種子密鑰和要播發密鑰的時間生成各密鑰與根密鑰，將密鑰和根密鑰與相應的播發時間進行存儲。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案，所述根密鑰根據用戶需求和更新周期進行播發。

進一步地，作為本發明的一種優選技術方案，所述全部密鑰滿足函數F所產生的單向鏈條，具體為：