一種衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，該系統(tǒng)的前端設(shè)備通過前端控制處理器處理衛(wèi)星接收機接收到的信息，并將處理后的信息存儲到存儲器內(nèi)，同時將處理后的信息通過數(shù)據(jù)傳輸器件發(fā)送到通信鏈路；中心數(shù)據(jù)傳輸器件接收通信鏈路傳來的信息，并將其傳送至中心控制處理器處理并將其存儲到中心存儲器內(nèi)，同時將處理后的信息發(fā)送至展示器件和應(yīng)用系統(tǒng)；在前端控制處理器上連接有加密/驗簽芯片用于對衛(wèi)星接收機接收到的信息進行加密處理，以及對接收到的控制指令進行驗證，在中心控制處理器上連接有解密/驗簽芯片用于對中心數(shù)據(jù)傳輸器件接收到的信息進行解密處理，以及對發(fā)往前端的控制指令進行簽名。該系統(tǒng)可以保證前端定位數(shù)據(jù)的信息安全。
【專利說明】一種衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及衛(wèi)星導(dǎo)航定位、信息安全【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種衛(wèi)星定位數(shù)據(jù) 加密系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 使用衛(wèi)星導(dǎo)航定位接收機可以很方便地獲取某人或某物在某一特定時刻所在的 地理位置信息，加上必要的控制、傳輸、處理設(shè)備，可以構(gòu)成各種前端位置展示或指揮調(diào)度 系統(tǒng)，如出租車調(diào)度系統(tǒng)、公務(wù)用車管理系統(tǒng)、警力分布實時展示系統(tǒng)等。一個基本的前端 位置展示應(yīng)用系統(tǒng)一般由前端設(shè)備、通信鏈路和中心三部分組成。
[0003] 前端設(shè)備是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源頭，一般由衛(wèi)星導(dǎo)航定位接收機、控制及數(shù)據(jù)處理 部件、存儲部件、數(shù)據(jù)傳輸部件等組成，能夠接收并響應(yīng)中心指令，獲取衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，按要 求對數(shù)據(jù)進行處理（協(xié)議轉(zhuǎn)換、加密等），存儲或/和通過數(shù)據(jù)傳輸部件向中心發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0004] 通信鏈路的作用是在前端設(shè)備和中心之間建立起一個透明的雙向數(shù)據(jù)傳輸通道， 保證前端設(shè)備與中心之間的數(shù)據(jù)交換能夠順利進行。由于前端設(shè)備一般經(jīng)常處于移動狀 態(tài)，通信鏈路一般是無線形式的，可以是2G、3G、4G等公眾通信網(wǎng)絡(luò)，也可以是TETRA、PDT等 專用通信網(wǎng)絡(luò)。
[0005] 中心是前端設(shè)備的管理者，以及前端衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的用戶。中心一般由通信鏈路 接口、數(shù)據(jù)存儲、處理、展示等設(shè)備組成。前端與中心之間既可以通過各種通信鏈路相聯(lián) (在線式）；也可以平時相互獨立運行，只是在需要時才將前端數(shù)據(jù)傳送給中心（離線式）。
[0006] 通過這樣一套技術(shù)系統(tǒng)，管理人員可在中心內(nèi)對一個或多個前端設(shè)備所處的位置 或運行軌跡進行展示、監(jiān)控、分析、記錄，也可將對應(yīng)的位置數(shù)據(jù)通過存儲器予以存儲，作為 以后檢索或查證的資源或憑據(jù)。這樣的應(yīng)用系統(tǒng)因構(gòu)造簡單、成本低廉而獲得了大量應(yīng)用， 如許多車輛管理系統(tǒng)、出租車調(diào)度系統(tǒng)都采用這種方式。
[0007] 不過，由于前端設(shè)備所傳送的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)是通過無線鏈路及公共網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)模?所傳輸?shù)奈恢脭?shù)據(jù)是未加任何保護的"裸"數(shù)據(jù)，其內(nèi)容很容易被懷有惡意的組織、人員非 法獲取，存在重要的安全隱患。例如，前端設(shè)備的載體可能是運送重要人員（黨和國家領(lǐng)導(dǎo) 人、社會名人、軍隊等）、運輸重要物資（武器、放射性材料、危險化學(xué)品、爆炸物等）的車輛， 也可能是正在執(zhí)行重要任務(wù)的人員（重大活動現(xiàn)場的保衛(wèi)人員、反恐維穩(wěn)前線的作戰(zhàn)部隊 等），一旦這些敏感人員或物資的位置信息被"三股勢力"分子非法獲取，則極有可能對國 家、社會造成嚴重危害。因此，有必要采取措施對此類事件的發(fā)生予以有效防范。
[0008] 目前普通前端位置展示應(yīng)用系統(tǒng)所存在的定位信息易被非法竊取的缺陷，嚴重影 響了這些系統(tǒng)的適用范圍，并隱藏著很大的安全隱患。 實用新型內(nèi)容
[0009] 本實用新型的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種對現(xiàn)有系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上 所進行的改進：在前端設(shè)備內(nèi)增加數(shù)據(jù)加密/驗簽芯片，前端設(shè)備采集到衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)后， 先對定位數(shù)據(jù)進行加密處理，然后再通過通信鏈路向中心傳送；中心內(nèi)增加數(shù)據(jù)解密/簽 名部件，在收到前端發(fā)來的定位數(shù)據(jù)后，先對數(shù)據(jù)進行解密處理，然后再送給應(yīng)用系統(tǒng)進行 展示、存儲或其他處理。通過選擇合適的加密算法（SM2/SM4)及策略（會話公鑰加密/對 稱算法加密），可以在盡量少增加系統(tǒng)復(fù)雜性的情況下，保證前端定位數(shù)據(jù)在通過通信鏈路 傳輸過程中的信息安全。
[0010] 為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：提供一種衛(wèi)星定位數(shù) 據(jù)加密系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括前端設(shè)備、通信鏈路和中心，前端設(shè)備通過前端控制處理器處理衛(wèi) 星接收機接收到的信息，并將處理后的信息存儲到前端存儲器內(nèi)，同時將處理后的信息通 過前端數(shù)據(jù)傳輸器件發(fā)送到通信鏈路；中心中的中心數(shù)據(jù)傳輸器件接收通信鏈路傳來的信 息，并將其傳送至中心控制處理器處理，中心控制處理器將處理后的信息存儲到中心存儲 器內(nèi)，同時將處理后的信息發(fā)送至展示器件和應(yīng)用系統(tǒng)；其特征在于，在前端控制處理器上 連接有加密/驗簽芯片，加密/驗簽芯片用于對衛(wèi)星接收機接收到的信息進行加密處理，以 及對接收到的控制指令進行驗證，在中心控制處理器上連接有解密/簽名部件，解密/簽名 部件用于對中心數(shù)據(jù)傳輸器件接收到的信息進行解密處理，以及對發(fā)往前端設(shè)備的控制指 令進行簽名。
[0011] 其中優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述前端數(shù)據(jù)傳輸器件為3G通信模塊，中心數(shù)據(jù)傳輸器 件均為3G通信模塊或為網(wǎng)絡(luò)接口。
[0012] 優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述衛(wèi)星接收機為北斗衛(wèi)星定位接收機模塊，其型號為 UM220-3、NE0-M8N。
[0013] 優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述前端存儲器為RAM、ROM、FLASH、EEPR0M中的任意一種 或其任意組合，所述前端存儲器為控制處理器內(nèi)的存儲器或為外部擴展存儲器；所述中心 存儲器為存儲硬盤或為SSD存儲器。
[0014] 優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述加密/驗簽芯片的型號為A980(SSX1111)、 IS32U256A(SSX1014)等，加密/驗簽芯片用于存放預(yù)置的根密鑰公鑰、會話密鑰公鑰，生成 并保存連續(xù)加密傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK，配合前端控制處理器進行SM2、SM4加密運算；所述 解密/簽名部件為安全服務(wù)器，用于支持SM2、SM4算法。
[0015] 優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述前端控制處理器的型號為STM32,或為S3C2440 ;所述 中心控制處理器為PC機或為服務(wù)器。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點和有益效果在于：該衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng) 及加密方法能極大地提高定位數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性；通過對控制信令進行簽名/驗 簽操作，保證了前端設(shè)備不會對偽造的控制信令作出響應(yīng)，避免了前端設(shè)備因被欺騙而錯 誤地以明文發(fā)送定位數(shù)據(jù)的風(fēng)險；通過對定位數(shù)據(jù)進行加密/解密操作防止了定位數(shù)據(jù)在 傳輸過程中被非法獲取的風(fēng)險；使用國家商用密碼管理辦公室推薦的國產(chǎn)密碼算法SM2、 SM4,其安全強度相當(dāng)于RSA3072,預(yù)計在2040年之前不會被攻破（即通過本實用新型方法 或系統(tǒng)所加密的定位數(shù)據(jù)在2040年前不會被破解）。
[0017] 本實用新型針對系統(tǒng)內(nèi)定位數(shù)據(jù)及控制指令均為單向傳輸?shù)奶攸c，通過預(yù)置根密 鑰的方法，簡化了密鑰交換流程，且無需在前端設(shè)備中保存私鑰，避免了使用常規(guī)PKI/CA 系統(tǒng)所要面對的復(fù)雜及昂貴。
[0018] 本實用新型對需要加密傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行了格式轉(zhuǎn)換，并根據(jù)不同的傳輸方式（單 次加密傳輸/連續(xù)加密傳輸）制定了不同的加密/解密方法，最大限度減少了需要傳輸?shù)?數(shù)據(jù)量；以連續(xù)加密傳輸方式、僅傳輸基本定位信息BP為例，每次傳輸數(shù)據(jù)僅為16字節(jié) (128bit)，遠低于NMEA-0183標準中所需的數(shù)據(jù)量（70字節(jié)以上）。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為本實用新型衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0021] 如圖1、2所示，本實用新型是一種衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括前端設(shè)備 A、通信鏈路B和中心C，前端設(shè)備A通過前端控制處理器2處理衛(wèi)星接收機1接收到的信 息，并將處理后的信息存儲到前端存儲器3內(nèi)，同時將處理后的信息通過前端數(shù)據(jù)傳輸器 件5發(fā)送到通信鏈路B ;中心C中的中心數(shù)據(jù)傳輸器件6接收通信鏈路B傳來的信息，并將 其傳送至中心控制處理器7處理，中心控制處理器7將處理后的信息存儲到中心存儲器內(nèi) 8,同時將處理后的信息發(fā)送至展示器件和應(yīng)用系統(tǒng)10 ;在前端控制處理器2上連接有加密 /驗簽芯片4,加密/驗簽芯片4用于對衛(wèi)星接收機接收到的信息進行加密處理，以及對接 收到的控制指令進行驗證；在中心控制處理器7上連接有解密/簽名部件9,解密/簽名部 件9用于對中心數(shù)據(jù)傳輸器件接收到的信息進行解密處理，以及對發(fā)往前端的控制指令進 行簽名。
[0022] 在本實用新型中優(yōu)選的實施方案是，所述前端數(shù)據(jù)傳輸器件5為3G通信模塊，中 心數(shù)據(jù)傳輸器件6均為3G通信模塊或為網(wǎng)絡(luò)接口。
[0023] 在本實用新型中優(yōu)選的實施方案還有，所述衛(wèi)星接收機1為北斗衛(wèi)星定位接收機 模塊，其型號為UM220-3、NE0-M8N。
[0024] 在本實用新型中優(yōu)選的實施方案還有，所述前端存儲器3為RAM、ROM、FLASH、 EEPR0M中的任意一種或其任意組合，所述前端存儲器3為控制處理器內(nèi)的存儲器或為外部 擴展存儲器；所述中心存儲器8為存儲硬盤或為SSD存儲器。
[0025] 在本實用新型中優(yōu)選的實施方案還有，所述加密/驗簽芯片4的型號為 A980(SSX1111)、IS32U256A(SSX1014)等，加密/驗簽芯片用于存放預(yù)置的根密鑰公鑰RPb、 會話密鑰公鑰SP B，生成并保存連續(xù)加密傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK，配合前端控制處理器2進行 SM2、SM4加密運算；所述解密/簽名部件9為安全服務(wù)器，用于支持SM2、SM4算法。
[0026] 在本實用新型中優(yōu)選的實施方案還有，所述前端控制處理器的型號為STM32,或為 S3C2440 ;所述中心控制處理器為PC機或為服務(wù)器。
[0027] 本實用新型采用的另一個實施方案是：提供一種衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)中的方 法，該加密方法包括如下步驟：
[0028] S1、在前端設(shè)備A及中心C是分別增加了使用SM2/SM4算法的衛(wèi)星定位信息加密 /驗簽芯片4和解密/簽名部件9 ;
[0029] S2、系統(tǒng)初始化；
[0030] S3、會話密鑰的設(shè)置及更新；
[0031] S4、數(shù)據(jù)的加密及解密。
[0032] 在本實用新型中優(yōu)選的實施方案是，所述系統(tǒng)初始化的過程包括：
[0033] (1)、中心C內(nèi)的SM2解密/簽名部件9產(chǎn)生用于簽名/驗簽過程所需的根密鑰對 RPB/RdB (公鑰/私鑰），將其中的根密鑰私鑰RdB保存在SM2解密/簽名部件9內(nèi)，并保證 該私鑰RdB不能被讀出部件外；同時保存公鑰；
[0034] (2)、前端設(shè)備A在使用前需到中心C進行注冊登記，同時將中心C所產(chǎn)生的根密 鑰對中的根密鑰公鑰RP B保存到前端設(shè)備A的SM2加密/驗簽芯片4內(nèi)，并采取保護措施 使其不能被輕易修改，如必須通過專用的編程口寫入等。在本實用新型中優(yōu)選的實施方案 還有，所述會話密鑰的設(shè)置及更新的程序包括 ：
[0035] (1)、中心C內(nèi)的SM2解密/簽名部件9產(chǎn)生用于對定位數(shù)據(jù)進行加密/解密過程 所需的會話密鑰對SP B/SdB (公鑰/私鑰），將其中的會話密鑰私鑰SdB保存在SM2解密/簽 名部件9內(nèi)，并保證該會話密鑰私鑰Sd B不能被讀出部件外，由解密/簽名部件自身的操作 系統(tǒng)或硬件保證；同時保存會話密鑰公鑰SPB ;
[0036] (2)、中心C用根密鑰私鑰對會話密鑰公鑰SPB進行簽名，生成簽名數(shù)據(jù)；
[0037] (3)、中心C向前端設(shè)備A發(fā)送會話密鑰公鑰SPB設(shè)置/更新指令，同時將會話密 鑰公鑰SPB以及簽名數(shù)據(jù)發(fā)送給前端設(shè)備A ;
[0038] (4)、前端設(shè)備A用保存的根密鑰公鑰RPB對接收到的簽名數(shù)據(jù)進行驗證，以證實 所收到的會話密鑰公鑰SP B是否由中心所發(fā)；若驗證通過，則將接收到的會話密鑰公鑰SPB 保存到前端設(shè)備A的SM2加密/驗簽芯片4內(nèi)，作為前端設(shè)備與中心之間的會話密鑰。
[0039] 在本實用新型中優(yōu)選的實施方案還有，所述數(shù)據(jù)的加密及解密過程包括單次傳輸 數(shù)據(jù)加密解密過程和連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密解密過程；
[0040] 其中單次傳輸數(shù)據(jù)加密解密過程為：
[0041] (1)、中心C向前端設(shè)備A發(fā)送單次加密傳輸指令SE，在SE指令內(nèi)還應(yīng)包含要求傳 送的是基本位置數(shù)據(jù)BP、還是擴展位置數(shù)據(jù)EP的信息，并用會話密鑰私鑰Sd B對SE進行簽 名，生成簽名數(shù)據(jù)S-SE，同時將S-SE發(fā)送給前端設(shè)備A ;
[0042] (2)、前端設(shè)備A用保存的會話密鑰公鑰SPB對S-SE進行驗證，以確認所收到的指 令是來自中心；
[0043] (3)、前端設(shè)備A按SE指令要求將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按規(guī)定格式轉(zhuǎn)換為基本位置數(shù)據(jù) BP或擴展位置數(shù)據(jù)EP，使用設(shè)備內(nèi)的SM2加密/驗簽芯片4以及會話密鑰公鑰SPB對基本 定位數(shù)據(jù)BP或擴展位置數(shù)據(jù)EP進行加密，生成加密定位數(shù)據(jù)SE-BP或SE-EP。
[0044] (4)、前端設(shè)備A將加密定位數(shù)據(jù)SE-BP或SE-EP通過前端數(shù)據(jù)傳輸器件5及通信 鏈路B發(fā)送到中心C;
[0045] (5)、中心C收到加密定位數(shù)據(jù)SE-BP或SE-EP后，使用SM2解密/簽名部件9以 及會話密鑰私鑰SdB對其進行解密，還原出定位數(shù)據(jù)BP或EP ;
[0046] 至此，完成了一次單次傳輸數(shù)據(jù)加密解密過程；
[0047] 而連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密解密過程為：
[0048] 連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密解密過程可分為三個階段：
[0049] 第一階段在下述步驟的1?5中：中心C與前端設(shè)備A使用會話密鑰對SPB/SdB (公 鑰/私鑰），約定一個連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK，該密鑰同時被保存在中心C和前端設(shè)備A 內(nèi)；
[0050] 第二階段在下述步驟的6?7中；前端設(shè)備A按固定的時間間隔，連續(xù)不斷地將定 位數(shù)據(jù)按要求轉(zhuǎn)換成BP或EP后，用SM4加密/驗簽芯片4及連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK對 BP或EP進行加密，生成加密定位數(shù)據(jù)CE-BP或CE-EP，然后通過前端數(shù)據(jù)傳輸器件5及通 信鏈路B發(fā)送到中心C沖心C收到加密定位數(shù)據(jù)CE-BP或CE-EP后，使用SM4解密/簽名 部件9及連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK對其進行解密，還原出定位數(shù)據(jù)BP或EP ;
[0051] 第三階段在下述步驟的8?9中：中心C向前端設(shè)備A發(fā)送停止連續(xù)加密傳輸指 令TE，結(jié)束一次連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密解密過程；
[0052] 上述連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密解密過程的具體步驟如下：
[0053] (1)、中心C向前端設(shè)備A發(fā)送連續(xù)加密傳輸指令CE，在CE指令內(nèi)還應(yīng)包含要求傳 送的是基本位置數(shù)據(jù)BP、還是擴展位置數(shù)據(jù)EP的信息，并用會話密鑰私鑰Sd B對CE進行簽 名，生成簽名數(shù)據(jù)S-CE，同時將S-CE發(fā)送給前端設(shè)備A ;
[0054] (2)、前端設(shè)備A用保存的會話密鑰公鑰SPB對S-CE進行驗證，以確認所收到的指 令是來自中心C ;
[0055] (3)、前端設(shè)備A生成一個128bit的隨機數(shù)，將此隨機數(shù)作為連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密 鑰CK;
[0056] (4)、前端設(shè)備A使用設(shè)備內(nèi)的SM2加密/驗簽芯片4以及會話密鑰公鑰SPB對連 續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK進行加密，生成加密連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CE-CK，然后通過前端 數(shù)據(jù)傳輸器件5及通信鏈路B將其傳送給中心C ;
[0057] (5)、中心C收到加密連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CE-K后，使用SM2解密/簽名部件9 以及會話密鑰私鑰SdB對其進行解密，還原出連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK ;
[0058] (6)、前端設(shè)備A按要求的時間間隔，該時間間隔為事先約定的固定值，或在連續(xù) 加密傳輸指令CE中指明，連續(xù)不斷地從衛(wèi)星定位接收機1中獲取定位數(shù)據(jù)，按要求將定位 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BP或EP，再用SM4加密/驗簽芯片4及連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK對BP或EP 進行加密，生成加密定位數(shù)據(jù)CE-BP或CE-EP，最后通過前端數(shù)據(jù)傳輸器件5及通信鏈路C 發(fā)送到中心；
[0059] (7)、中心C收到加密定位數(shù)據(jù)CE-BP或CE-EP后，使用SM4解密/簽名部件9及 連續(xù)加密傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK對其進行解密，還原出定位數(shù)據(jù)BP或EP ;
[0060] (8)、中心C向前端設(shè)備A發(fā)送終止連續(xù)加密傳輸指令TE，并用會話密鑰私鑰SdB 對TE進行簽名，生成簽名數(shù)據(jù)S-TE，同時將S-TE發(fā)送給前端設(shè)備A ;
[0061] (9)、前端設(shè)備A用保存的會話密鑰公鑰SPB對S-TE進行驗證，以確認所收到的指 令是來自中心C，然后停止連續(xù)加密傳輸過程。
[0062] 實施例1
[0063] 本實施例是一個按照圖2所示結(jié)構(gòu)搭建的一套衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密傳輸系統(tǒng)，其 中1是北斗衛(wèi)星定位接收機模塊，負責(zé)接收來自衛(wèi)星的定位信號，型號可以為UM220-3、 NE0-M8N等，與通用處理器2之間采用UART接口連接；2是通用微處理器/微控制器，型號 可以是STM32、S3C2440等；3是存儲器（包括RAM、ROM、FLASH、EEPR0M等），可以僅使用微 處理器內(nèi)置的存儲器（如STM32內(nèi)部集成有RAM和FLASH)，也可以使用外部擴展存儲器；4 為專用安全芯片，型號可以是A980(SSX1111)、IS32U256A(SSX1014)等，用來存放預(yù)置的根 密鑰公鑰、會話密鑰公鑰，生成并保存連續(xù)加密傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK，配合通用微處理器2 進行SM2、SM4加密運算；5為3G通信模塊，可以選用華為EM770、中興MF210等型號。
[0064] 中心也由5個部件組成：其中6是3G通信模塊或網(wǎng)絡(luò)接口，同樣可以選用華為 EM770、中興MF210等型號產(chǎn)品；7是管理服務(wù)器，可以使用普通PC機或服務(wù)器，加上應(yīng)用 軟件構(gòu)成；8是存儲設(shè)備（可以是硬盤、存儲服務(wù)器等），可使用普通硬盤或SSD ;9是安全 服務(wù)器，可以是支持SM2、SM4等算法的專業(yè)安全服務(wù)器，也可以是支持這些算法的板卡或 USB-KEY ;10為展示部件或其他應(yīng)用設(shè)備，可以是GIS(地理信息系統(tǒng)），也可以是安裝在管 理服務(wù)器上的一套地圖軟件。
[0065] 本實施例的工作過程可簡述如下：
[0066] (1)、中心內(nèi)的解密/簽名部件9生成并保存根密鑰對RPB/RdB(公鑰/私鑰）。
[0067] (2)、前端設(shè)備使用離線方式向中心注冊：中心內(nèi)的管理服務(wù)器7記錄前端設(shè)備的 屬性信息，為其分配一個系統(tǒng)內(nèi)唯一的識別號IDn，存放于前端設(shè)備的存儲器3內(nèi)；同時將 根密鑰公鑰RPB注入到前端設(shè)備的加密/驗簽芯片4中。
[0068] (3)、前端設(shè)備使用3G通信模塊5呼叫中心的3G通信模塊或網(wǎng)絡(luò)接口 6,在前端設(shè) 備與中心之間建立起數(shù)據(jù)傳輸通道。
[0069] (4)、中心與前端設(shè)備之間生成、設(shè)置并保存會話密鑰對SPB/SdB (公鑰/私鑰）。
[0070] (5)、在需要時，中心可按照上述方法，從前端設(shè)備獲取單次加密定位數(shù)據(jù)：管理服 務(wù)器7生成單次加密傳輸指令SE，并將SE交給解密/簽名部件9進行簽名運算；解密/簽 名部件9生成簽名數(shù)據(jù)S(SE)后，將S(SE)送還給管理服務(wù)器7 ;管理服務(wù)器7將單次加密 傳輸指令SE及簽名數(shù)據(jù)S (SE) -起通過中心的3G通信模塊或網(wǎng)絡(luò)接口 6發(fā)送到前端設(shè)備 的3G通信模塊5 ;前端設(shè)備的3G通信模塊5將接收到的SE+S (SE)數(shù)據(jù)送交給通用微處理 器/微控制器2 ;通用微處理器/微控制器2將SE+S (SE)送給加密/驗簽芯片4 ;加密/驗 簽芯片4使用會話密鑰公鑰SPB對數(shù)據(jù)真?zhèn)芜M行驗證，然后將驗證結(jié)果返還給通用微處理 器/微控制器2 ;如果驗證結(jié)果為假，則通用微處理器/微控制器2將不對該指令作出響應(yīng)； 如果驗證結(jié)果為真，則啟動以下單次加 S傳輸過程。
[0071] 前端設(shè)備的通用微處理器/微控制器2從衛(wèi)星定位接收機1中讀取定位數(shù)據(jù)，將 其按附錄A格式轉(zhuǎn)換成BP或EP后，發(fā)送給加密/驗簽芯片4進行單次數(shù)據(jù)加密；加密/驗 簽芯片4使用會話密鑰公鑰SP B對BP或EP進行SM2算法加密，生成加密定位數(shù)據(jù)SE (BP) 或SE (EP)，然后將其送還給通用微處理器/微控制器2 ;通用微處理器/微控制器2將得到 的加密定位數(shù)據(jù)SE (BP)或SE (EP)通過3G通信模塊5發(fā)送給中心的3G通信模塊或網(wǎng)絡(luò)接 口 6 ;6將SE(BP)或SE(EP)數(shù)據(jù)傳送給管理服務(wù)器7 ;7將SE(BP)或SE(EP)數(shù)據(jù)傳送給 解密/簽名部件9 ;9使用會話密鑰私鑰SdB對SE(BP)或SE(EP)進行SM2算法解密，還原 出BP或EP明文數(shù)據(jù)，然后將其發(fā)送給管理服務(wù)器7 ;7最后將還原出的BP或EP明文數(shù)據(jù) 送給展示部件或其他應(yīng)用設(shè)備10進行實時展示或其他處理，至此完成了一次單次數(shù)據(jù)加 密傳輸過程。
[0072] ￠)、在需要時，中心可按照上述方法，從前端設(shè)備獲取連續(xù)加密定位數(shù)據(jù)：管理服 務(wù)器7生成連續(xù)加密傳輸指令CE，并將CE交給解密/簽名部件9進行簽名運算；解密/簽 名部件9生成簽名數(shù)據(jù)S(CE)后，將S(CE)送還給管理服務(wù)器7 ;管理服務(wù)器7將連續(xù)加密 傳輸指令CE及簽名數(shù)據(jù)S (CE) -起通過中心的3G通信模塊或網(wǎng)絡(luò)接口 6發(fā)送到前端設(shè)備 的3G通信模塊5 ;前端設(shè)備的3G通信模塊5將接收到的CE+S (CE)數(shù)據(jù)送交給通用微處理 器/微控制器2 ;通用微處理器/微控制器2將CE+S (CE)送給加密/驗簽芯片4 ;加密/驗 簽芯片4使用會話密鑰公鑰SPB對數(shù)據(jù)真?zhèn)芜M行驗證，然后將驗證結(jié)果返還給通用微處理 器/微控制器2 ;如果驗證結(jié)果為假，則通用微處理器/微控制器2將不對該指令作出響應(yīng)； 如果驗證結(jié)果為真，則啟動以下連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK確定過程及連續(xù)加密傳輸過程。
[0073] 連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK確定過程：前端設(shè)備的通用微處理器/微控制器2控制 加密/驗簽芯片4產(chǎn)生一個128bit的隨機數(shù)，該隨機數(shù)即是連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK ;力口 密/驗簽芯片4使用會話密鑰公鑰SPB對CK進行SM2算法加密，生成加密連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加 密密鑰E (CK)，然后將其送還給通用微處理器/微控制器2 ;通用微處理器/微控制器2將得 到的E (CK)通過3G通信模塊5發(fā)送給中心的3G通信模塊或網(wǎng)絡(luò)接口 6 ;6將E (CK)傳送給 管理服務(wù)器7 ;7將E (CK)數(shù)據(jù)傳送給解密/簽名部件9 ;9使用會話密鑰私鑰SdB對E (CK) 進行SM2算法解密，還原出連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK，該密鑰將與前端設(shè)備的ID綁定并被 保存在加密/簽名部件4中，直至本次連續(xù)加密傳輸過程結(jié)束。
[0074] 連續(xù)加密傳輸過程：前端設(shè)備的通用微處理器/微控制器2從衛(wèi)星定位接收機1 中讀取定位數(shù)據(jù)，將其按附錄A格式轉(zhuǎn)換成BP或EP后，發(fā)送給加密/驗簽芯片4進行連續(xù) 數(shù)據(jù)加密；加密/驗簽芯片4使用連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK對BP或EP進行SM4算法加 密，生成加密定位數(shù)據(jù)CE (BP)或CE (EP)，然后將其送還給通用微處理器/微控制器2 ;通用 微處理器/微控制器2將得到的加密定位數(shù)據(jù)CE (BP)或CE (EP)通過3G通信模塊5發(fā)送 給中心的3G通信模塊或網(wǎng)絡(luò)接口 6 ;6將CE (BP)或CE (EP)數(shù)據(jù)傳送給管理服務(wù)器7 ;7將 CE(BP)或CE(EP)數(shù)據(jù)傳送給解密/簽名部件9 ;9根據(jù)前端設(shè)備ID找出其保存的連續(xù)傳 輸數(shù)據(jù)加密密鑰CK，用CK對CE (BP)或CE (EP)進行SM4算法解密，還原出BP或EP明文數(shù) 據(jù)，然后將其發(fā)送給管理服務(wù)器7 ;7最后將還原出的BP或EP明文數(shù)據(jù)送給展示部件或其 他應(yīng)用設(shè)備10進行實時展示或其他處理。
[0075] 至此完成了一次單次數(shù)據(jù)加密傳輸過程。
[0076] (7)、為保證前端設(shè)備不被非法的中心所欺騙，中心發(fā)往前端的所有控制指令均需 附有中心的簽名，前端設(shè)備只有在（使用SM2及會話密鑰公鑰SP B)對其真?zhèn)芜M行驗證通過 后，才對控制指令進行響應(yīng)。同時，為防止重放攻擊，在所有的控制指令中都應(yīng)嵌入時間信 肩、。
[0077] 附錄A :加密數(shù)據(jù)預(yù)處理編碼格式
[0078] 在對定位數(shù)據(jù)進行SM2或SM4算法加密前，需要將其從不定長的NMEA-0183格式 轉(zhuǎn)換成定長（長度為128bit或其整數(shù)倍）的分組數(shù)據(jù)格式。為在節(jié)省數(shù)據(jù)量的前提下提 供更大的靈活性，本附錄將定位數(shù)據(jù)分成了基本定位數(shù)據(jù)BP和擴展定位數(shù)據(jù)EP兩種。其 中BP數(shù)據(jù)包括最常用的經(jīng)度、緯度、高度、速度、精度衰減因子等基本位置信息，總長度為 128bit ;EP則除了包含BP外，還提供方向、時間、參與定位的衛(wèi)星等信息，總長度為256bit。
[0079] 在下述數(shù)據(jù)中，其中的前16字節(jié)為BP ;全部32字節(jié)合并起來成為EP。
[0080] 第1字節(jié)：
[0081]
【權(quán)利要求】
1. 一種衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括前端設(shè)備、通信鏈路和中心，前端設(shè)備通過 前端控制處理器處理衛(wèi)星接收機接收到的信息，并將處理后的信息存儲到前端存儲器內(nèi)， 同時將處理后的信息通過前端數(shù)據(jù)傳輸器件發(fā)送到通信鏈路；中心中的中心數(shù)據(jù)傳輸器件 接收通信鏈路傳來的信息，并將其傳送至中心控制處理器處理，中心控制處理器將處理后 的信息存儲到中心存儲器內(nèi)，同時將處理后的信息發(fā)送至展示器件和應(yīng)用系統(tǒng)；其特征在 于，在前端控制處理器上連接有加密/驗簽芯片，在中心控制處理器上連接有解密/簽名部 件；所述加密/驗簽芯片的型號為IS32U256A、A980, SSX1111，所述解密/簽名部件為安全 服務(wù)器、計算機版卡、USB-KEY。
2. 如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，其特征在于，所述前端數(shù)據(jù)傳輸器件 為2G或3G或4G無線通信模塊，中心數(shù)據(jù)傳輸器件為對應(yīng)的2G或3G或4G無線通信模塊 或為網(wǎng)絡(luò)接口。
3. 如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，其特征在于，所述衛(wèi)星接收機為北斗 衛(wèi)星定位接收機模塊，其型號為UM220-3、NE0-M8N。
4. 如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，其特征在于，所述前端存儲器為RAM、 ROM、FLASH、EEPROM中的任意一種或其任意組合，所述前端存儲器為控制處理器內(nèi)的存儲器 或為外部擴展存儲器；所述中心存儲器為硬盤、SSD、磁盤陣列、網(wǎng)絡(luò)存儲器。
5. 如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，其特征在于，所述前端控制處理器為 STM32、S3C2440通用嵌入式處理器；所述中心控制處理器為PC機或為服務(wù)器。
【文檔編號】H04B7/185GK204046624SQ201420266017
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】張俊業(yè) 申請人:公安部第一研究所, 北京中盾安全技術(shù)開發(fā)公司