專利名稱：氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)加密方法，更具體的說，涉及一種極軌氣象衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)加密方案的設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
我國氣象衛(wèi)星風云三號是我國第二代極軌氣象衛(wèi)星，用來實現(xiàn)全球、全天候、三維、定量遙感，它的數(shù)傳系統(tǒng)完成多載荷、不同碼速率信息處理。隨著氣象衛(wèi)星探測業(yè)務(wù)需求的提高，將來衛(wèi)星將搭載更多能夠完成不同探測任務(wù)的載荷；另外，隨著載荷技術(shù)的發(fā)展，載荷探測將實現(xiàn)更高分辨率、更多探測頻段覆蓋、更高靈敏度的技術(shù)。空間遙感在民用領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，各航天大國都在不惜巨資研制自己的民用遙感衛(wèi)星。獲得的遙感圖像分辨率越來越高，其圖像數(shù)據(jù)的民用價值越來越高。但是，衛(wèi) 星傳輸?shù)降孛娴臄?shù)據(jù)容易被別國接收或截獲，從而可以“非法”得到衛(wèi)星發(fā)射國遙感衛(wèi)星圖像。因此，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)實時加密技術(shù)方案對于高分辨率遙感衛(wèi)星發(fā)展具有特殊重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法，該加密方法具有不增加碼速率、誤碼率的優(yōu)點，不易攻破；且加密、解密算法簡單、硬件設(shè)備
簡單可靠。為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下—種氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法，所述加密方法是采用輸出反饋工作方式的數(shù)據(jù)加密，具體是地面數(shù)傳分系統(tǒng)產(chǎn)生MGK (信息密鑰)，通過地面測控站遙控注數(shù)將MGK傳送至星上參與加密；同時，數(shù)傳分系統(tǒng)將MGK利用MSK (主密鑰)進行DES (數(shù)據(jù)加密標準)加密產(chǎn)生的PBK(公共密鑰)，通過地面安全、可靠的途徑，傳輸?shù)降孛娼邮照?，對?shù)據(jù)流密文解密，獲取明文。所述MSK是一組秘密的64位二進制碼，其中8位為奇偶校驗位，通過程序燒置到地面解密器件中，用于a.在地面數(shù)傳分系統(tǒng)，MSK作為密鑰，產(chǎn)生PBK ；b.在地面接收站，MSK作為密鑰，PBK解密產(chǎn)生MGK。所述MGK是一種秘密相對靜態(tài)的64位二進制碼，其中8位為奇偶校驗位，根據(jù)數(shù)據(jù)加密操作手冊在某一段時間內(nèi)進行更新，用于a.產(chǎn)生MGK時，與之——對應(yīng)產(chǎn)生一個O至255的8位二進制密鑰號；b.通過遙控注數(shù)，與密鑰號一并傳送至星上加密模塊；c. MGK在地面經(jīng)MSK加密后得到PBK ；
d.在星上和地面作為密鑰，對初始化向量Seeds進行一系列的加密產(chǎn)生PNP(偽隨機圖樣)。所述PBK是由地面數(shù)傳分系統(tǒng)用MSK作為密鑰對MGK加密生成，并且可以隨著MGK的改變，一一對應(yīng)變化，具體是a.由MGK經(jīng)加密產(chǎn)生PBK時，MGK對應(yīng)的密鑰號，也相應(yīng)對應(yīng)著PBK;b. PBK及與之對應(yīng)的密鑰號通過安全、可靠的途徑傳送到地面接收站。在加密過程中，地面數(shù)傳分系統(tǒng)主要完成a.隨機產(chǎn)生64位MGK以及與之對應(yīng)的8位密鑰號；b.利用固化到程序中的MSK作為密鑰對MGK進行加密，產(chǎn)生PBK ；c.須更換密鑰時，將MGK及密鑰號送至地面測控站準備注數(shù)；d.將PBK以及與之對應(yīng)的密鑰號，送至地面用戶，供解密使用。星上可以實現(xiàn)明密切換；傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式中，插入?yún)^(qū)表示為第一個字節(jié)(FFH)表示密傳，第二個字節(jié)表示密鑰號；明傳時插入?yún)^(qū)表示為第一個字節(jié)(OOH)表示明傳，第二個字節(jié)缺省(00 ，具體是a.數(shù)據(jù)格式的幀頭48位、插入?yún)^(qū)的16位數(shù)據(jù)，共64位數(shù)據(jù)作為初始化向量Seeds用于加密；b.星上幀計數(shù)控制MGK的更換，24位幀計數(shù)復(fù)位時，提取下一個MGK，供加密使用；c.逐個提取MGK存儲區(qū)中的MGK，作為密鑰對Seeds進行111次加密，每次加密用前一輪的輸出作為輸入，最后產(chǎn)生888字節(jié)的PNP ； d.所提取的MGK對應(yīng)的密鑰號，存放到數(shù)據(jù)格式插入?yún)^(qū)的后半部分；e. PNP的前882字節(jié)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)區(qū)中的882個字節(jié)進行模二加一運算，完成加密過程。地面用戶接收X波段實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時，如是密傳數(shù)據(jù)則需要解密，解密過程與星上加密的過程類似，具體是a.數(shù)據(jù)格式插入?yún)^(qū)中有密鑰號信息，利用密鑰號，從PBK存儲區(qū)中尋址讀出相應(yīng)的 PBK ；b.固化到地面設(shè)備中的MSK作為密鑰，將PBK解密，得到MGK ；c.數(shù)據(jù)格式的幀頭48位、插入?yún)^(qū)的16位數(shù)據(jù)，共64位數(shù)據(jù)作為初始化向量Seeds,用于加密；d. 64位Seeds作為初始輸入向量，用MGK作為密鑰進行解密，產(chǎn)生888字節(jié)的PNP ；e.地面生成的PNP，與星上的PNP —致，與882字節(jié)密文模二加一后，生成明文。本發(fā)明技術(shù)方案提出極軌氣象衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)實時加密體制，衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng)X波段實時傳輸鏈路根據(jù)用戶要求進行數(shù)據(jù)加密。本發(fā)明的加密方案具有不增加碼速率、誤碼率；不易攻破，且加密、解密算法簡單、硬件設(shè)備簡單可靠；實時對數(shù)據(jù)進行加密處理，且密鑰更換容易；具有密傳/明傳切換的功能。對將來極軌氣象衛(wèi)星數(shù)傳系統(tǒng)載荷數(shù)據(jù)加密體制設(shè)計提供參考和設(shè)計依據(jù)。


圖I是本發(fā)明采用輸出反饋工作方式的加密方法示意圖；圖2是本發(fā)明加密模塊的位置示意圖；圖3是本發(fā)明密傳時加密模塊中的數(shù)據(jù)格式；圖4是本發(fā)明的地面數(shù)傳分系統(tǒng)MGK、PBK的產(chǎn)生過程；圖5是本發(fā)明的星上PNP的產(chǎn)生過程；圖6是本發(fā)明的地面PNP的產(chǎn)生過程。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。圖I所示，本發(fā)明所公開的采用輸出反饋工作方式的加密方法示意圖。地面數(shù)傳分系統(tǒng)產(chǎn)生MGK，通過地面測控站遙控注數(shù)將MGK傳送至星上參與加密；同時，數(shù)傳分系統(tǒng)將MGK利用MSK進行DES加密產(chǎn)生的PBK，通過地面安全、可靠的途徑，傳輸?shù)降孛娼邮照?，對?shù)據(jù)流密文解密，獲取明文。圖2所示，本發(fā)明加密模塊的位置示意圖。將中分辨成像光譜儀的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)格式化，格式化后的數(shù)據(jù)通過加密模塊進行加密，加密后的數(shù)據(jù)送RS編碼模塊進行編碼。圖3所示，本發(fā)明密傳時加密模塊中的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)幀格式包括VCDU主導(dǎo)頭、插入?yún)^(qū)、備用/導(dǎo)頭指針、VCDU數(shù)據(jù)區(qū)和RS校驗符號。幀格式中的插入?yún)^(qū)表示數(shù)據(jù)幀為密傳或密傳狀態(tài)。密傳時插入?yún)^(qū)表不為第一個字節(jié)(FFH)表不密傳,第二個字節(jié)表不密鑰號；明傳時插入?yún)^(qū)表示為第一個字節(jié)(OOH)表示明傳，第二個字節(jié)缺省(OOH)。圖4所示，本發(fā)明的地面數(shù)傳分系統(tǒng)MGK、PBK的產(chǎn)生過程。具體是a.隨機產(chǎn)生64位MGK以及與之對應(yīng)的8位密鑰號；b.利用固化到程序中的MSK作為密鑰對MGK進行加密，產(chǎn)生PBK ；c.須更換密鑰時，將MGK及密鑰號送至地面測控站準備注數(shù)；d.將PBK以及與之對應(yīng)的密鑰號，送至地面用戶，供解密使用。圖5所示,星上產(chǎn)生PNP的過程。具體是a.數(shù)據(jù)格式的幀頭48位、插入?yún)^(qū)的16位數(shù)據(jù)，共64位數(shù)據(jù)作為初始化向量Seeds用于加密；b.星上幀計數(shù)控制MGK的更換，24位幀計數(shù)復(fù)位時，提取下一個MGK，供加密使用；c.逐個提取MGK存儲區(qū)中的MGK，作為密鑰對Seeds進行111次加密，每次加密用前一輪的輸出作為輸入，最后產(chǎn)生888字節(jié)的PNP。所提取的MGK對應(yīng)的密鑰號，存放到數(shù)據(jù)格式插入?yún)^(qū)的后半部分；PNP的前882字節(jié)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)區(qū)中的882個字節(jié)進行模二加一運算，完成加密過程。圖6所示，地面產(chǎn)生PNP的過程。具體是a.數(shù)據(jù)格式插入?yún)^(qū)中有密鑰號信息，利用密鑰號，從PBK存儲區(qū)中尋址讀出相應(yīng)的 PBK ；
b.固化到地面設(shè)備中的MSK作為密鑰，將PBK解密，得到MGK ；c.數(shù)據(jù)格式的幀頭48位、插入?yún)^(qū)的16位數(shù)據(jù)，共64位數(shù)據(jù)作為初始化向量Seeds,用于加密；d. 64位Seeds作為初始輸入向量，用MGK作為密鑰進行解密，產(chǎn)生888字節(jié)的PNP。地面生成的PNP，與星上的PNP —致，與882字節(jié)密文模二加一后，生成明文。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)加密方案設(shè)計進行各種改 動和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若這些修改和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，所述加密方法是采用輸出反饋工作方式的數(shù)據(jù)加密，具體是 地面數(shù)傳分系統(tǒng)產(chǎn)生MGK，通過地面測控站遙控注數(shù)將MGK傳送至星上參與加密；同時，數(shù)傳分系統(tǒng)將MGK利用MSK進行DES加密產(chǎn)生的PBK，通過地面安全、可靠的途徑，傳輸?shù)降孛娼邮照?，對?shù)據(jù)流密文解密，獲取明文。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，所述MSK是一組秘密的64位二進制碼，其中8位為奇偶校驗位，通過程序燒置到地面解密器件中，用于 a.在地面數(shù)傳分系統(tǒng)，MSK作為密鑰，產(chǎn)生PBK； b.在地面接收站，MSK作為密鑰，PBK解密產(chǎn)生MGK。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，所述MGK是一種秘密相對靜態(tài)的64位二進制碼，其中8位為奇偶校驗位，根據(jù)數(shù)據(jù)加密操作手冊在某一段時間內(nèi)進行更新，具體是 e.產(chǎn)生MGK時，與之——對應(yīng)產(chǎn)生一個O至255的8位二進制密鑰號； f.通過遙控注數(shù)，與密鑰號一并傳送至星上加密模塊； g.MGK在地面經(jīng)MSK加密后得到PBK ； h.在星上和地面作為密鑰，對初始化向量Seeds進行一系列的加密產(chǎn)生PNP。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，所述PBK是由地面數(shù)傳分系統(tǒng)用MSK作為密鑰對MGK加密生成，并且可以隨著MGK的改變，一一對應(yīng)變化，具體是 c.由MGK經(jīng)加密產(chǎn)生PBK時，MGK對應(yīng)的密鑰號，也相應(yīng)對應(yīng)著PBK； d.PBK及與之對應(yīng)的密鑰號通過安全、可靠的途徑傳送到地面接收站。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，所述地面數(shù)傳分系統(tǒng)實現(xiàn)加密的過程是 a.隨機產(chǎn)生64位MGK以及與之對應(yīng)的8位密鑰號； b.利用固化到程序中的MSK作為密鑰對MGK進行加密，產(chǎn)生PBK； c.須更換密鑰時，將MGK及密鑰號送至地面測控站準備注數(shù)； d.將PBK以及與之對應(yīng)的密鑰號，送至地面用戶，供解密使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，所述星上完成加密過程，具體是在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式中，插入?yún)^(qū)表不為第一個字節(jié)FFH表不密傳,第二個字節(jié)表示密鑰號；明傳時插入?yún)^(qū)表示為第一個字節(jié)OOH表示明傳，第二個字節(jié)缺省OOH; a.數(shù)據(jù)格式的幀頭48位、插入?yún)^(qū)的16位數(shù)據(jù)，共64位數(shù)據(jù)作為初始化向量Seeds用于加密； b.上幀計數(shù)控制MGK的更換；24位幀計數(shù)復(fù)位時，提取下一個MGK，供加密使用； c.提取MGK存儲區(qū)中的MGK，作為密鑰對Seeds進行111次加密，每次加密用前一輪的輸出作為輸入，最后產(chǎn)生888字節(jié)的PNP ； d.提取的MGK對應(yīng)的密鑰號，存放到數(shù)據(jù)格式插入?yún)^(qū)的后半部分； e.PNP的前882字節(jié)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)區(qū)中的882個字節(jié)進行模二加一運算，完成加密過程。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，所述地面用戶接收X波段實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時，如是密傳數(shù)據(jù)則需要解密，該解密過程與星上加密的過程類似，具體是: a.數(shù)據(jù)格式插入?yún)^(qū)中有密鑰號信息，利用密鑰號，從PBK存儲區(qū)中尋址讀出相應(yīng)的PBK ； b.固化到地面設(shè)備中的MSK作為密鑰，將PBK解密，得到MGK； c.數(shù)據(jù)格式的幀頭48位、插入?yún)^(qū)的16位數(shù)據(jù)，共64位數(shù)據(jù)作為初始化向量Seeds，用于加密；d.64位Seeds作為初始輸入向量，用MGK作為密鑰進行解密，產(chǎn)生888字節(jié)的PNP ； e.地面生成的PNP，與星上的PNP—致；與882字節(jié)密文模二加一后，生成明文。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法，所述加密方法是采用輸出反饋工作方式的數(shù)據(jù)加密，具體是地面數(shù)傳分系統(tǒng)產(chǎn)生MGK，通過地面測控站遙控注數(shù)將MGK傳送至星上參與加密；同時，數(shù)傳分系統(tǒng)將MGK利用MSK進行DES加密產(chǎn)生的PBK，通過地面安全、可靠的途徑，傳輸?shù)降孛娼邮照?，對?shù)據(jù)流密文解密，獲取明文。本發(fā)明所提供的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)加密方法，具有不增加碼速率、誤碼率；不易攻破，且加密、解密算法簡單、硬件設(shè)備簡單可靠；實時對數(shù)據(jù)進行加密處理，且密鑰更換容易；具有密傳/明傳切換的功能。對將來極軌氣象衛(wèi)星數(shù)傳系統(tǒng)載荷數(shù)據(jù)加密體制設(shè)計提供參考和設(shè)計依據(jù)。
文檔編號H04L9/06GK102684868SQ20121011839
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者劉波, 王震, 趙晉 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所