[发明专利]用于无线电导航认证的方法和系统

说明书

一种在无线电导航系统(2)中实施的方法，所述无线电导航系统(2)包括接收器(4)和无线电导航基础设施(6)，所述无线电导航基础设施包括多个星载发射器(8,8’，8”，8”’)和被配置成用于和所述发射器(8,8’，8”，8”’)和接收器(4)通信的加密部件(10)。针对多个星载发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个或更多个给定发射器(8)，该方法包括以下步骤。在无线电导航基础设施(6)中，针对持续时间为T并且从t＝0开始的预定认证间隔[0,T]，产生一系列密钥k_2,i，以及使用密钥流K₁(t)由第一无线电导航信号s1(t)产生扩频码加密信号e(t)，该密钥流K₁(t)使用无线电导航基础设施(6)的密钥k₁来产生。

技术领域

本发明涉及无线电导航信号的认证领域，特别地，涉及基于从加密扩频码所产生的距离测量的认证。

背景技术

GNSS信号通常使用DSSS(直接序列扩频)技术，在DSSS技术中，信号的频谱通过扩频码被扩展。为了获取信号，接收器必须将扩频码和副本进行关联以预估信号达到时间且解调其上被调制的比特数据。这些比特数据除其他之外提供了用以计算接收器位置所需的卫星位置和时钟信息。

为了保护GNSS免于欺骗攻击，通过密码特征的认证可以被加到GNSS信号中。GNSS认证特征可以被加到数据中、扩频码中，或者被加到两者中。

将密码信息加到GNSS数据中可以确保由卫星传输的数据的真实性。其可以基于传输导航数据的数字签名(例如RSA，DSA或ECDSA)，接收器可以使用公钥来验证该数字签名。其也可以基于延时不对称，从而传输对数据进行认证的MAC(消息认证码)，并且此后数秒用于计算该MAC的密钥被释放，使得一旦密钥被公开，接收器可以通过MAC来验证数据的真实性。TESLA(定时高效流损失容错身份认证)协议被特定地设计用于这种延时认证。

通常来说，当加密不保证认证时，扩频码认证可以通过加密来得到。为此，扩频码可以和通过密码使用密钥所产生的比特流相乘。然后，只有配备有密钥的接收器才能够从扩频码关联中得到处理增益，并获得信号。因为扩频码是可重复性序列，使用错误密钥加密的信号将不会被处理，或者会容易地被检测为假。

一些GNSS信号具有扩频码加密能力，例如GPS M码或伽利略(导航)商用服务。通过扩频码加密的GNSS认证的主要缺点在于接收器需要包含包括有反篡改措施的安全模块以存储密钥，如果该安全模块在一个接收器中受到损坏，其可能会损害整个系统的安全。

避免使用该安全模块的方法是执行客户端-服务器认证，其中要么服务器将加密的序列传输到接收器以由该接收器将其与信号进行关联，要么接收器将信号样本传输到服务器以由该服务器执行关联。这些方法都不需要接收器存储和保护密钥。然而，它们通常需要服务器来存储和保护密钥。

Wullems,C.等人的Signal Authentication and Integrity Schemes for NextGeneration Global Navigation Satellite Systems(“用于下一代全球导航卫星系统的信号认证和完整性方案”)提出了用于GNSS的数据和信号认证方案，特别地，用于导航消息认证(NMA)的数据和信号的认证方案。其提出了基于TESLA协议的NMA方案，但是其没有提及NMA方案是否以及如何与扩频码认证进行结合。

WO2015154981，Method And System To Optimise The Authentication OfRadionavigation Signals(“用以优化无线电导航信号的认证的方法和系统”)，提出基于TESLA协议的方案，从而所有的卫星都传输TESLA相同密钥，或者来自相同密钥链的TESLA密钥。然而，其没有提及如何使用该密钥以提供扩频码加密。