CN101573911A - 发送和接收数据的方法，尤其用于飞行器和地面基地之间的安全交换，相关设备以及装备有这种设备的飞行器 - Google Patents

发送和接收数据的方法，尤其用于飞行器和地面基地之间的安全交换，相关设备以及装备有这种设备的飞行器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发送数据的方法，包括以下的步骤：确定所述数据(M)的鉴别字(E)(E20)；处理(E22，E24，E26)所述数据以得到被处理的数据(G)；在传输信道上发送(B28)所述被处理的数据(G)。本发明还涉及接收方法和相应的设备，以及装备有这些设备的飞行器。

Description

发送和接收数据的方法，尤其用于飞行器和地面基地之间的安全交换，相关设备以及装备有这种设备的飞行器
技术领域
本发明涉及发送和接收数据的方法，尤其用于飞行器和地面基地之间的安全交换，相关设备以及装备有这种设备的飞行器。
背景技术
这些以交换由传输的数据表示的不同类型的消息为目的的方法已经例如在专利申请US2003/0030581中提出。
在这个领域，根据不同的目的，对表示被传输的消息的初始数据进行不同的处理：例如，为了限制通信的通频带对数据进行压缩，为保证机密性对数据进行加密，为保证完整性(原始状态)(intégrité)和来源进行鉴别。
为了运行安全，使这些处理得以实现的算法(通常是由发送器或接收器的微处理机执行的软件)应该足够强壮(因此要以特别强的要求进行开发和测试)并且包括检测和处理运行错误的机制，这就使其很复杂并且开发成本提高。因此，为了处理被交换的数据，选择有更高的认证等级的软件实际上是必需的。
发明内容
为了减少这种约束，尤其为了减轻处理被交换的消息的算法的开发，而又不损害交换的安全性和运行可靠性，本发明提出一种发送数据的方法，特征在于包括以下步骤：
-确定所述数据的鉴别字；
-处理所述数据以得到被处理的数据，所述处理包括压缩步骤；
-在传输信道上发送所述被处理的数据。
鉴别字与处理前尤其是压缩前的数据有关，这使得尤其在检验接收时的鉴别时，能够检验在发送和接收时进行的处理是否存在错误。
例如，确定步骤包括例如对数据运用散列函数；利用散列函数的数学特性达到数据的任何改变都会造成结果的改变，也就是说鉴别字(标记(empreinte))的改变。
散列函数的运用还可以使用密码钥，以改善系统的安全。
上述的处理例如还包括一个加密步骤(可能应用于所述数据和鉴别字)，和/或8位字到6位字、或者二进制流(位流)到可传输字符的变换步骤。
在尤其有益的应用中，传输信道是飞行器和地面基地之间的数据交换信道。
相应地，本发明还提出一个接收数据的方法，包括以下步骤：
接收传输信道上的数据；
处理所述接收到的数据，包括解压步骤；
检验所述被处理的数据的鉴别。
这样，对该鉴别被运用到被处理的(尤其是解压的)数据上进行检验，这使得能够保证所进行的处理的准确性。
实际上，该检验步骤例如包括以下步骤：
计算该被处理的数据的至少一部分的标记；
比较计算得到的标记和接收到的标记。
该计算标记的步骤包括对所述数据的一部分运用散列函数的步骤，其方式对应于发送时调用的，并且具有同样的优点。散列函数的运用还可以使用密码钥。接收到的标记在这种情况下通常是发送时对发送的数据运用散列函数的结果。
该处理还包括加密步骤(可应用于数据和鉴别字)和/或6位字到8位字、或者可传输字符到二进制流的反变换步骤。
本发明还提出一个发送数据的设备，其特征在于确定所述数据的鉴别字的装置；处理所述数据以得到被处理的数据的装置，所述处理装置包括压缩装置；在传输信道上发送所述被处理的数据的装置。
相应地，本发明提出一种接收数据的设备，其特征在于接收传输信道上的数据的装置；处理所述接收到的数据的装置，所述处理装置包括解压步骤；检验所述被处理的数据的鉴别的装置
这些设备还具有对应于上述在发送和接收方法的步骤和特征的可选择的特征。
这些设备例如可以安装在飞行器上。
附图说明
本发明的其他特征和优点在结合附图进行的以下描述中将会更加明显，在附图中：
图1示出本发明的整体环境；
图2示处根据本发明的数据发送方法的主要步骤；
图3示出接收根据图2方法发送的数据的方法的主要步骤。
具体实施方式
图1示出应用本发明的整体环境。
地面基地B通过一个链接与飞行器A通信，该链接允许实现数字形式的数据的交换并尤其指陆空链接CA。
地面基地B和飞行器A的链接还可以指其他的设备和链接。例如，图1中，地面基地B通过地面通信网CT和中继站R(同样设在地面T)链接；中继站R通过卫星S传输来自飞行器A的消息和发送至飞行器A的消息。
注意到，中继站的运用是很普遍的，因为地面基地B和飞行器A之间交换的信息通常由中继站R和服务供应商提供的卫星S发送。
在变型中，考虑该信息可以在飞行器和地面基地B之间直接交换。
另外，可以使用无线电通信HF或VHF，来取代通信卫星。
消息发送器设备M(实施上述图2的各步骤)可以是地面基地B的一个通信设备或飞行器的一个通信设备。
例如可以认为消息M是二进制形式的八位字节序列(或8位字)。当然，也可以设想对消息M进行除8位编码以外的其他类型的编码。
发送设备(例如在实施图2的步骤的软件控制下的微处理器中)通过使用密码钥K的散列函数确定消息M的鉴别字(或标记)E：通过E＝H(K，M)类型的操作得到标记E。
使用例如SHA2类型的散列。
对消息M运用散列函数得到的标记E具有预定的长度，例如256位。
散列函数的算术特性表现在消息M的任何改变都会表现在由于运用散列函数而得到的标记的改变。就象下面描述的那样，将发送时得到的消息M的标记E和接收的计算得到的标记比较，可以保证消息M没有被损害，以确保其完整性。
另外，密码钥K的使用不论是对发送器还是接收器来说都是有益的，都能如下所述使接收器检验标记E是否被密码钥K的持有者系统获得，这样就可以检验消息M的来源并抵御对通信链接的进攻。
如下所述的与消息M相联的标记E使允许对消息M的鉴别。
发送设备在E22步骤由消息M和标记E形成的整体进行加密，这就形成一个加密的消息D。可使用例如AES类型的加密算法。
在这里描述的例子中，在加密步骤E22前，标记E集成在要传输的消息整体中。在变型中，这个标记可以一直和消息结为一体以在后面的步骤中用于发送。
加密的消息D通过压缩算法例如ZLIB类型(步骤24)随后被压缩成压缩的消息F。
在这里描述的例子中，发送器设备最后在步骤E26将压缩的消息F变换为用于发送的以6位编码的消息G。这个变换步骤使得通过操作6位字的发送设备发送初始以8位编码的压缩的消息F。
然后就可以在步骤E28将以该6位字序列表示的消息发送到接收器设备。
图3示出接收传输的消息的方法的主要步骤。主要是根据接收的原始数据(des données brutes)(下文以G’表示)恢复原始消息M，因此主要包括为上述方法步骤的互补的接收步骤，并且按相反的顺序。
这样，在步骤E30期间，首先接收到6位字形式的消息(或数据整体)。在使用的传输信道没有传输错误(在描述的例子中，尤其是图1所示陆空链接CA)，接收到的消息G’与发送的消息G相同。
在步骤E32期间，接收器设备(即通常的在软件控制工作的接收器设备的微处理器)将由6位字形成的消息G’反变换为由8位字形成(通常的与上述的消息F一样)的消息F’。
然后在步骤E34期间，对消息F’进行解压以得到与正常运行情况下的加密消息D一样的加密消息D’。使用的解压算法是上述步骤E24的压缩算法的逆。
然后在步骤E36期间，接收器设备对加密消息D’进行解密，这样就能重建与正常运行情况下发送的消息M和在步骤E20确定的标记E相同的消息M’和标记E’。
要注意到的是，以下的每一个原因都可能导致脱离正常运行，并且可能导致发送的消息M和标记E与步骤E36中接收到的消息M’和标记E’的不同：
-发送器设备对这些元素的处理过程中的错误，尤其是在上述步骤E22至E26中实施的算法中；
-在传输信道上进行传输期间的错误，这个错误可能由旨在更改传输消息的入侵造成，或者传输系统的运行不良造成。
-通过刚刚描述的在步骤E32至E36中运用的算数而得到的数据，在对其处理中的错误。
为了检验不存在这些错误，因此尤其是检验设想的步骤E22至E26以及E32至E36中的处理算法的良好运行，借助于接收到的标记E’(或者接收到的鉴别字)检验对接收到的消息M’的鉴别。
为此，在步骤E38期间，通过对接收到的消息M’施加使用用于发送的密码钥K的用于发送的散列函数H，接收设备计算接收到的消息M’的标记E”。
如果没有出现上述的任何一种错误(也就是说运行正常)，消息M’与消息M相同；接收中计算得到的E”与发送中计算得到的标记E相同，因此就与接收到的标记E’相同，当然是在处理和传输没有错误的假设下。
这就是为什么在步骤E40中要检验对接收到的标记E’与接收中计算得到的标记E”相同的鉴别：在相等的情况下(步骤E42中)，认为被接收和处理的消息M’与发送器设备发送的消息M相符。
相反的，如果传输过程中出现错误或者上述任一个处理中出现错误(上述的散列函数特性出现错误)，就不再检验上述的等同。在步骤E40接收到的标记E’和接收中计算得到的标记E”不同，进行到步骤E44，这里人们认为检测到了错误。在这种情况下，例如就不考虑接收到的消息，而可能要求由该发送器设备再次发送。
同样注意到的是，得益于使用只有得到授权的交换消息的设备才知晓的密码钥，进攻者不可能向接收器设备提供作为施加散列函数到修改过的消息后的结果的、并唯一可以由接收器设备对修改过的消息进行鉴别的标记E’。
该鉴别就确保了消息的来源和原始状态，并能通过其检验在发送鉴别后和接收鉴别前进行的处理的准确性。这些处理并不需要最高准确等级；在实践中，使这些处理得以实现的算法可以比对整个方法要求的认证等级低，因为这个认证是由鉴别算法保证的。
上面描述的例子只是一个使本发明得以实现的可行方式。特别地是，描述的例子使用了一种借助于对称钥K的鉴别机制，但是在变型中可以设想使用其他鉴别机制，例如，使用专用钥或公用钥的系统。同样的，作为非限制性例子的散列函数以外的其他功能也可以用于鉴别机制。

Claims (22)

1.一种发送数据的方法，其特征在于包括以下步骤：
确定(E20)所述数据(M)的鉴别字(E)；
处理(E22，E24，E26)所述数据以得到被处理的数据(G)，所述处理包括压缩步骤(E24)；
在传输信道(CT，CA)上发送(E28)所述被处理的数据(G)。
2.根据权利要求1所述的发送方法，其中所述确定步骤(E20)包括对所述数据(M)运用散列函数(H)。
3.根据权利要求2所述的发送方法，其中所述运用散列函数(H)使用密码钥(K)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发送方法，其中所述处理包括加密步骤(E22)。
5.根据权利要求4所述的发送方法，其中所述加密步骤(E22)应用于所述数据(M)和所述鉴别字(E)。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的发送方法，其中所述处理包括8位字向6位字的变换步骤(E26)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的发送方法，其中所述传输信道(CT，CA)是飞行器(A)和地面基地(B)之间的数据交换信道。
8.一种接收数据的方法，其特征在于包括以下步骤：
接收(E30)传输信道(CT，CA)上的数据(G’)；
处理(E32，E34，E36)所述接收到的数据(G’)，所述处理包括解压步骤(E34)；
检验(E38，E40)所述被处理的数据(M’)的鉴别。
9.根据权利要求8所述的接收方法，其中所述检验步骤包括以下步骤：
计算(E38)所述被处理的数据(M’，E’)的至少一部分(M’)的标记(E”)；
比较(E40)所述计算得到的标记(E”)和接收到的标记(E’)。
10.根据权利要求9所述的接收方法，其中所述计算所述标记(E”)的步骤包括对所述部分数据运用散列函数的步骤。
11.根据权利要求10所述的接收方法，其中所述散列函数(H)的运用使用加密钥。
12.根据权利要求10或11所述的接收方法，其中所述接收到的标记(E’)是在发送时对发送的数据(M)运用散列函数(H)的结果。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的接收方法，其中所述处理包括解密步骤(E36)。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的接收方法，其中所述处理包括从6位字到8位字的反变换步骤(E32)。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的接收方法，其中所述传输信道(CT，CA)是飞行器(A)和地面基地(B)之间的数据交换信道。
16.一种用于发送数据的设备，其特征在于：
用于确定所述数据(M)的鉴别字(E)的装置；
用于处理所述数据(M)以得到被处理的数据(G)的装置，所述处理装置包括压缩装置；
用于在传输信道(CT，CA)上发送所述被处理的数据(G)的装置。
17.根据权利要求16所述的发送设备，其中所述确定装置包括对所述数据(M)运用散列函数(H)的装置。
18.根据权利要求16或17所述的发送设备，其中所述处理装置包括加密装置。
19.一种用于接收数据的设备，其特征在于：
用于接收传输信道(CT，CA)上的数据(G’)的装置；
用于处理所述接收到的数据(G’)的装置，所述处理装置包括解压装置；
用于检验所述被处理的数据(M’)的鉴别的装置。
20.根据权利要求19所述的接收设备，其中所述检验装置包括用于对所述被处理的数据的至少一部分(M’)运用散列函数(H)以得到计算得到的标记(E”)的装置，和用于比较(E40)所述计算得到的标记(E”)和接收到的标记(E’)的装置。
21.根据权利要求21或22所述的接收设备，其中所述处理装置包括解密装置。
22.一种飞行器，包括权利要求16至21中任一项所述的设备。
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