[发明专利]一种基于GNSS的三维时空组合加密通信装置及其通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于GNSS的三维时空组合加密通信装置及其通信方法，属于GNSS导航定位通信技术领域。

背景技术

GNSS(全球导航卫星系统)是一个全球性的位置和时间的测定系统，是世界各国全球卫星定位系统的总称。目前，GNSS包含了美国的GNSS、俄罗斯的GLONASS、中国的BD2和欧盟的Galileo系统。GNSS系统既能提供精确的导航定位功能，又同时具有全球卫星移动通信的能力，具有通讯与导航定位的双重功能。目前GNSS系统以其高精度、高效率和低成本的优势已被广泛地应用于飞机导航、导弹制导、船只实时调度与导航、车辆导航与交通管理、通讯、勘探测绘，工程施工、气象监测等领域，在全世界范围内取得了良好的经济效益和社会效益。GNSS信号可以向地面观测点提供准确的时间信息和精确的定位信息(定位精度优于20米)。除此之外，GNSS信号同时提供固定周期的秒脉冲方波信号，其上升沿精度可达到纳米秒，利用它可以使GNSS定位系统的发送端和接收端相对卫星同时得到时间信息而达到精确同步。TDMA正是利用GNSS进行无线通信的一种多址技术，其原理是把时间分割成周期性的帧，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。

为用户提供安全可靠的保密通信机制是通信中非常重要的内容。数据加密技术是解决信息网络安全的关键技术，为了保护数据在传递过程中不被窃听或修改，必须对数据进行加密，即使数据被窃取，由于窃取者没有密钥而无法将之还原成明文，从而保证了数据的安全性，接收方因有正确的密钥，因此可以将密文还原成正确的明文。按照密钥不同，现代加密体制主要有两类：常规密钥密码体制(又称对称密钥密码体制)和公开密钥密码体制(又称非对称密钥密码体制)。公开密钥密码体制使用不同的加密密钥与解密密钥，加密密钥公开，解密密钥由解密人惟一知道，公开密钥密码不存在密钥管理问题，但其实现基于尖端的数学难题，计算非常复杂，而且加解密速度远不如常规密钥密码体制。在常规密钥密码体制中，用于加密的密钥与用于解密的密钥完全相同，使用的加密算法比较简便、高效，密钥简短，破译极其困难。常规密钥密码体制最著名的是美国数据加密标准DES、AES和欧洲数据加密标准IDEA。这些密码标准中，通信双方在建立安全信道之前，约定好所使用的密钥，在发送、接收数据之前，必须完成密钥的分发，因此密钥的分发成了该加密体系中的最薄弱、风险最大的环节。对于好的对称加密算法，其安全性完全决定于密钥的安全，算法本身是可以公开的，因此一旦密钥泄漏就等于泄漏了被加密的信息。加强对称加密密钥的保密性及密钥传输过程的可靠性在常规密钥密码体制中意义重大。

基于GNSS的全球覆盖特性、全天候自动化服务特性和其高精度的时间信息和定位信息，针对GNSS空间分布式通信系统，我们提出一种基于GNSS的三维时空组合加密通信方法，尤其适用于基于GNSS的TDMA无线通信系统。该方法采用常规密钥密码机制，针对GNSS通信系统的特色，提出一种新的密钥生成方法和传输方法，有效加强了密钥的保密性和传输可靠性。该方法以通信空间区域划分和周期性时间帧定制为基础，发送端对数据加密采用的密钥由空间S码和时间T码两部分组合而成。空间S码对应发送端所处的空间区域，时间T码则由数据发送的时间帧起始时刻决定，发送端对明文执行加密后，将区域编号添加在密文头部，接收端根据区域编号查找“区域S码对照表”获得区域S码，时间T码则基于GNSS的时间同步由接收端即时获得。接收方根据相同方法组合S码和T码得到密钥，对数据执行逆向解密。该加密通信方法中，密钥随发送端所在的空间区域和数据发送时间的变化而动态改变；时间T码可由双方即时获得，S码通过传输区域编号，由接收端对照表格获得，再经过保密方法组合得到通信密钥；采用分组密码体制，基于固定长度的密钥可实施多种加密算法；整个加密过程大大增强了通信的保密性、安全性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GNSS的三维时空组合加密通信装置及其通信方法。

一种基于GNSS的三维时空组合加密通信装置，包括发送装置和接收装置，发送装置与接收装置之间无线连接；发送装置由GNSS接收模块、发送端密钥获取功能模块、微处理器模块、加密功能模块、密文生成功能模块和TDMA发送模块组成，接收装置由TDMA接收模块、接收端密钥获取功能模块、微处理器模块和密文解密功能模块组成。