CN105227261A - 向接收单元安全地提供复制伪随机噪声码 - Google Patents

Abstract

向接收单元安全地提供复制伪随机噪声码。本发明涉及用于向接收单元安全地提供复制伪随机噪声码的方法，其特征在于，受限地根据可靠性检查的结果提供复制伪随机噪声码，其中为了执行可靠性检查检测值并且将所述值与预先给定的阈值比较。由此使在接收侧使用复制伪随机噪声码和解码安全的接收信号更为安全。

Description

向接收单元安全地提供复制伪随机噪声码

技术领域

本发明涉及用于向接收单元安全地提供复制伪随机噪声码的方法以及提供单元。

背景技术

伪随机码序列、所谓的伪随机噪声码或者伪随机数字码（简称PRNC或PRN码）例如在无线电传输中使用。在此涉及引起消息信号的频率扩展的扩展码。这种信号通过宽带传输具有对于干扰的高的稳健性。扩展序列例如在如GPS、格洛纳斯（Glonass）、北斗或伽利略的卫星导航系统中使用。在此，辐射出的卫星信号位于噪声电平之下。接收器可以先通过与当前的与其本身匹配的PRN码的相关来解码辐射出的信号。在此，通常涉及相同的例如可以已经存在于接收器中的PRN码。也可以指的是复制PRN码，其是重建的或仿制的或作为第二实施方式存在的PRN码。

已知使用密码的PRN码。码序列在此根据密码密钥来产生。接收器可以只在该接收器辨识出为了发出信号由发射器使用的PRN码时生成匹配的PRN码以用于解码接收信号。接收器对此需要密码密钥。

接收器、尤其是接收器上的信号处理，在此由于保护免受攻击的安全机制是耗费的。例如在其上处理密码信号的FPGA必须关于辐射保护或篡改保护被昂贵地保护。

通常已知的是，数字化以及记录所接收的GPS信号的原始数据。所述原始数据被传输到云服务，使得信号处理在服务器上被实现。可以在此专门地保护服务器，使得安全关键的密码的信号处理在安全的计算中心中进行。但是在此，包括所使用的数据传输路径在内的服务器环境的大部分又必须被耗费地保护。

在此应该使攻击者尽可能感到困难地获取在接收侧产生以及提供的PRN码。这对于如下情况也应该被确保：在该情况中攻击者可以访问接收器并且尝试操纵该接收器。

发明内容

在此背景下，本发明的任务是提供一种方法和一种提供单元，其使在接收侧使用复制伪随机噪声码是安全的。

该任务通过独立权利要求来解决。有利的构型在从属权利要求中说明。

本发明涉及用于向接收单元安全地提供复制伪随机噪声码的方法，其特征在于，受限地根据可靠性检查的结果提供复制伪随机噪声码，其中为了执行可靠性检查检测值并且将所述值与预先给定的阈值比较。

复制伪随机噪声码在本申请中被理解为码序列，该码序列在接收侧在相关方法中被采用，以便可以解码来自发送器的接收信号，其中发送器使用了属于复制伪随机噪声码的伪随机噪声码以用于信号的调制。复制伪随机噪声码因此与伪随机噪声码一起形成这样的配对：该配对彼此匹配并且尤其在码的位序列方面必须相同，以便接收信号的伪随机噪声码在接收侧可被解码。此外，在由发送器使用的密码式地产生的伪随机噪声码的情况下必须也在接收侧存在匹配的、尤其是相同的、对称的密钥，以便可以产生匹配的复制伪随机噪声码。

因此，仅在可靠性检查的结果显示出所述提供未示出安全风险的情况下能够实现复制伪随机噪声码的产生，接收器需要该复制伪随机噪声码以用于解码接收信号。可靠性检查在此划分成至少两部分：首先检测值以及将所检测的值与预先给定的阈值比较。在接收器侧因此执行可以在可靠性检查中考虑接收信号或者接收器或者环境的特征的检查。可靠性检查的结果可以在于，输出或不输出复制伪随机噪声码或者在后者的情况中输出没有通过可靠性检查的警告提醒。

复制伪随机噪声码在此可以作为位序列或作为字节序列或某字宽（例如16、32、64、128、256位）的字来显式地被提供。复制伪随机噪声码也可以以档案文件格式来提供，例如以tar、zip或rar的格式。

还可能的是，提供用于生成复制伪随机噪声码的信息。例如为复制伪随机噪声码生成器的已知的实现方式提供状态数据结构作为复制伪随机噪声码，该复制伪随机噪声码生成器以数据结构的形式使用内部的状态信息。该状态数据结构尤其可以以使人困惑的或加密的形式包括密码密钥和计数器值。还可以包含用于可靠地使用内部状态信息的信息，例如可产生的码的长度说明。这意味着，在所述变型中提供辅助信息而不是位序列形式的原本的复制伪随机噪声码作为复制伪随机噪声码，该辅助信息使得能够确定码片段作为位序列或作为复制伪随机噪声信号。

接收信号例如可以为数据传输信号或卫星信号。对于所述信号共同的是，所述信号用于借助于PRN码发出信号的业务。

有利地，妥协了的以及将由攻击者滥用的接收器可以仅受限地接收或使用利用伪随机噪声码或密码的伪随机噪声码保护的业务。安全模块的耗费的构造或接收器组件的耗费的安全保护可以被减少并且尤其被限制到提供单元上。因此能更有益地制造用于使用通过伪随机噪声码保护的业务的接收器以及尽管如此仍可以仅在可靠性检查的结果为肯定的情况下进行接收信号的解码。通过有利的方式，不通过安全机制保护接收器的整个信号处理单元，而是仅保护这样的区域：在该区域上应该从密码密钥中借助于复制伪随机噪声码生成器产生密码的复制伪随机噪声码。在那里也实现可靠性检查。优选地，可靠性检查的执行在通过安全机制保护的区域中执行，使得确保：只要可靠性检查以非操纵的方式被执行过并且提供了肯定的结果，复制伪随机噪声码才在接收器上可接近地提供并且尤其是可以通过信号处理单元来处理。

根据一种构型方式，借助于复制伪随机噪声码执行与接收信号的相关。

在此，通过接收单元能接收的接收信号在信号处理中尤其连续地被相关。因此，其中信号（例如数据传输信号或卫星信号）通过相关被识别以及其中相关的结果在于接收器不能识别由发送器辐射出的信号的片段可以交替。

根据一种构型方式，包含在通过接收单元接收的接收信号中的伪随机噪声码能借助于复制伪随机噪声码利用相关方法被解码。接收信号尤其具有仅仅一个伪随机噪声部分。

根据一种构型方式，包含在通过接收单元接收的接收信号中的伪随机噪声信号借助于相关方法来分析。

在此例如可以确定具有伪随机噪声信号的接收信号和在接收侧产生的复制伪随机噪声信号之间的时间偏移。接收信号尤其为卫星信号。尤其只要通过接收单元接收多个卫星信号，还可以确定时间信息或位置信息或距离信息。

根据一种构型方式，伪随机噪声信号通过接收单元作为接收信号、尤其是卫星导航信号的组成成分来接收。

通过借助于与复制伪随机噪声信号的相关来分析接收信号可以分别确定时间偏移，从该时间偏移中根据能接收的卫星信号的数量以及根据可靠性检查的结果导出伪范围或位置-速度-时间-信息。

根据一种构型方式，为了执行可靠性检查检测接收信号的卫星标识符。

卫星标识符或太空车辆标识符（SpaceVehicleIdentifier）说明了接收信号源自于哪个发送器。可靠性检查可以以有利的方式仅为选取的卫星标识符得出肯定的结果。选取的卫星标识符的选择在此可以例如根据卫星的预期布局（Konstellation）是固定的或时间上可变的。另外，用于一个接收器的卫星标识符的仅仅有限的最大数量可以实现可靠性检查的肯定结果。例如接收信号应该仅针对每接收器最多一个或最多两个卫星是能解码的。还可以设想，有限数量的不同卫星的接收信号应该对于预先给定的时间段是能解码的，例如对于每小时最多两个卫星。

所选取的限制在此可以在变型中固定，也就是说不能为接收器改变。

在一种变型中，复制伪随机噪声码仅能为确定的、明确的卫星导航系统生成。

根据一种构型方式，为了执行可靠性检查检测接收信号的频带。例如仅能为确定的频带（例如E1或E6）解码接收信号。为此，用于信号处理单元的频带的值被提供给执行可靠性检查的提供单元。只有当该频带可靠时，提供单元才提供复制伪随机噪声码并且信号处理装置可以执行相关以用于解码接收信号。

根据一种构型方式，为了执行可靠性检查检测关于卫星轨道数据的信息。尤其分析所谓的年鉴信息。在此识别，复制伪随机噪声码是否应该被产生，该复制伪随机噪声码应该被产生用于解码来自由于接收器的当前位置而不被预期的卫星的接收信号。例如可以通过年鉴信息明确对于一个时间点由于位置对于接收器可见的卫星并且仅为这些卫星产生匹配的复制伪随机噪声码。

根据一种构型方式，为了执行可靠性检查检测时间值。例如可以因此实现：仅在能预先给定的时间间隔内——例如仅仅每10s或每60s或每3600s——可以提供复制伪随机噪声码。因此例如可以实现，不能利用接收器进行高度动态的导航。如果接收器应该针对不那么精确的导航以及不将由攻击者滥用，则这可能是有利的。

此外，可以组合地检测前面提到的值中的不同值。例如可以有利地规定：在针对确定的卫星对于确定的时间片段问询复制伪随机噪声码的情况下，只有在规定的时间片段已经消逝了能预先给定的持续时间时，才可以针对另一个卫星问讯复制伪随机噪声码。还可能的是，两个不同卫星的复制伪随机噪声码的时间片段不允许重叠以及必须具有时间上的最小距离。还可以规定：虽然可以针对任意的卫星问询复制伪随机噪声码，但是不能同时针对任意多的不同卫星问询复制伪随机噪声码。例如可以仅针对一个或针对两个卫星在接收侧问讯以及生成复制伪随机噪声码。因此尤其可以仅确定关于借助于伪随机噪声码所保护的业务的时间信息，但是不能进行用于确定位置、速度和时间的PVT确定。如果存在本地的高精度的实时时钟或四个不同的卫星信号，则对此需要至少三个不同的卫星信号。因此，通过由接收器实施的功能的规模限制接收器的使用。攻击者因此被限制到为接收器设置的功能上。

根据一种构型方式，为了执行可靠性检查借助于传感器检测接收单元的加速度值以及位置值。接收单元或集成的安全模块例如可以具有加速度传感器或高度传感器，以便检测加速度或高度。仅在不存在位于阈值之上的加速度或不存在位于最高极限之上的高度时，例如才提供伪随机噪声码。同样由此可以限制不期望地使用接收器。例如从一个位置落下或被拆卸的以及可能被操纵的地球同步接收器通过所构建的传感器识别可能的攻击。在这种情况下，接收器的工作方式可以通过停止复制伪随机噪声码生成完全地被限制。接收器由此不能用于接收伪随机噪声信号。

根据一种构型方式，为了执行可靠性检查，检查关于时间上在所述执行以前提供的复制伪随机噪声码的历史。存储单元被设置用于存放已经问询的和/或输出的复制伪随机噪声信号。

本发明还涉及用于向接收单元安全地提供复制伪随机噪声码的提供单元，该提供单元具有用于根据可靠性检查的结果受限地提供复制伪随机噪声码的可靠性检查单元，其中为了执行可靠性检查能检测值并且能将所述值与预先给定的阈值比较。

根据一种构型方式，提供单元还具有用于生成复制伪随机噪声码的复制伪随机噪声码生成器。可替代地，复制伪随机噪声码生成器被外部地实现。

根据一种构型方式，提供单元还具有用于产生密码密钥的密钥生成器或密钥存储器。借助于所述密码密钥能生成密码的复制伪随机噪声码。根据一种构型方式，提供单元被构造在具有接收单元的接收器上。在一种变型中，如果可靠性检查的结果得出了对提供单元的不可靠使用，则提供单元的存储的密码密钥通过该提供单元来删除。

根据一种构型方式，设置篡改保护以用于识别对提供单元的操控或损害。篡改保护以有利的方式可以为安全模块，其中安全模块包括复制伪随机噪声码生成器以及至少可靠性检查单元。有利地，密钥生成器或密钥存储器附加地实现在安全模块上。

附图说明

根据实施例借助于图来进一步阐述本发明。

其中：

图1示出了用于向接收单元安全地提供复制伪随机噪声码的方法的示意性图示；

图2根据本发明的第一实施例示出了具有用于安全地提供复制伪随机噪声码的提供单元的接收器的示意性图示；

图3根据本发明的第二实施例示出了具有用于安全地提供复制伪随机噪声码的提供单元的接收器的示意性图示。

具体实施方式

图1示意性示出了如何借助于值11，…，17进行可靠性检查的执行A。在此在可靠性检查的执行A中得到结果J、N，其中在否定结果N的情况下不提供复制伪随机噪声码10。例如针对此情况输出没有通过可靠性检查的警报信号。对于肯定结果J的情况，例如通过复制伪随机噪声码生成器4来产生复制伪随机噪声码10以及向接收单元2进行提供B。

图2中示意性示出如何根据本发明的第一实施例构造具有集成的提供单元3的接收器1。接收器1具有天线插孔AC，借助于该天线插孔可以连接天线ANT。由天线ANT提供的接收信号130首先由高频组件RFFE（所谓的射频前端（RadioFrequencyFrontEnd））处理。在此进行滤波和放大。此后将信号提供给下变频器DC，该下变频器将信号与本地振荡器LO的信号混合并且因此执行下变频。该信号然后被提供给模数转换器AD。该模数转换器将数字化的信号转发到基带处理器BB处。接收器在此由控制器CU或控制单元控制。该控制器CU或控制单元配置各个组件，例如以便通过改变本地振荡器LO的频率来选择匹配的频带或者例如以便配置高频组件RFFE的输入滤波器或者例如以便配置模数转换器AD的带宽或采样率或者以便选取基带处理器BB的调制方法。

基带处理器BB通常被实现在现场可编程门阵列模块（简称FPGA模块）上。通过提供单元3给基带处理器BB提供密码的复制伪随机噪声码10K。基带处理单元被构造为接收器的接收单元2用于将接收信号与密码的复制伪随机噪声码10K相关。

提供单元3具有复制伪随机噪声码生成器4。还对此设置密钥生成器6或密钥存储器6'，以便产生或保存密码密钥K。复制伪随机噪声码生成器4被构造为生成密码的复制伪随机噪声码10K以及尤其根据应用领域或根据接收器1位于的地点或根据应该进行信号处理的时间点来选择合适的密码密钥K。尤其可以设置从其中分别生成专门的复制伪随机码的多个密钥。例如为不同的卫星系统设置不同的密钥。

通过基带处理器BB分析标记诸如卫星标识符11、频带12或卫星轨道数据13的卫星信号的值并且将这些值提供给提供单元3。可靠性检查单元5在执行可靠性检查的情况下考虑所述值并且只有在这些值与阈值相比表明毫无疑问地使用复制伪随机噪声码13时才确定肯定的结果。“毫无疑问”在此尤其可以意味着：可靠性检查单元5预期基于这些值、例如基于接收器或者相应的发送卫星的预期位置所特征化的接收信号的解码。提供单元3被构造为安全模块并且以物理地受保护免于攻击的方式被构建。例如安全模块通过浇注到环氧树脂中或引入波尔（Bohr）保护膜来受到保护。从安全模块引开的线路被滤波以便确保关键的信号不向外渗透。

提供单元3包括用于提供密码密钥的密钥生成器6或密钥存储器6'，用于提供密码的复制伪随机噪声码的复制伪随机噪声码生成器以及可靠性检查单元5，该可靠性检查单元限制提供复制伪随机噪声码或密码的复制伪随机噪声码。通过安全模块仅保护提供单元之内的这些组件在此是尤其足够的。因此可以提供更有益的接收器，在该接收器中不必通过篡改保护措施来保护接收器的整个信号处理。

只有对于可靠性检查的结果是肯定的情况才将密码的复制伪随机噪声码10K从提供单元3传送到例如可以是基带处理器BB的接收单元2。在那里，密码的复制伪随机噪声码10K被移交给相关器C以用于与接收信号130相关，该相关器解码包含在接收信号130中的伪随机噪声吗100。这种解码的信号可以通过基带处理器BB移交给中央处理单元CPU，该处理单元为了分析接收信号130进行由于提供的加密的复制伪随机噪声码10K而可行的步骤。尤其是，通过提供单元3仅提供两个不同的复制伪随机噪声码以及因此分别通过基带处理器BB仅可以解码两个信号部分，这两个信号部分是在接收信号130中接收的以及源自于两个不同卫星。处理单元CPU可以相应地为两个卫星信号分别确定时间偏移并且从中导出时间信息。

图3示出了本发明的第二实施例，在该实施例中接收器被分布地实现。功能相同的元件在图2和3中只要未另外说明则配备相同的附图标记。

图3中示出了在使用所谓的云卸载服务器（Cloud-Offload-Server）COS或片断服务器（Snippet-Server）的情况下接收器1的示意性构造。因此，可靠性检查被在接收器外部执行并且云卸载服务器COS或片断服务器充当提供单元3。通过接收器1的第一网络接口IF1，通过网络NW向接收单元3发送问询R。在允许检查中，接收器1的借助于问询R传送的标识信息可以进入。服务器可以因此以有利的方式使其它接收器的问询一并对决策有影响。因此例如为一组接收器根据该组内进行的问询规定以及贯彻限制。

此外，利用问询R可以将值移交到可靠性检查单元5处，这些值例如说明了接收单元2的时间值14或加速度值15或位置值16。接收单元1对此可以具有传感器S。如果可靠性检查得出肯定的结果，则在存储区域M'中将密码的复制伪随机噪声码10K保存为片断，即保存为受限的信号片段。这尤其涉及数字化的信号片段，该信号片段通过云卸载服务器COS的第二网络接口IF2被提供给网络以及因此通过第一网络接口IF1被提供给接收器1。片段服务器可以在安全的环境中被设立为提供单元3，使得密码的复制伪随机噪声码10K由提供单元3通过网络NW安全地被提供给接收单元2，该接收单元2在该实施例中为网络接口IF1。

在一个有利的改进方案中，附加地保护网络内的通信，以便确保问询R以及密码的复制伪随机噪声码10K的完整性。

密码的复制伪随机噪声码10K保存在接收器1的为此设置的码储存器M中。相关器C可以从该码存储器M中读出密码的伪随机噪声码10K以用于执行相关，以及解码接收信号130，该接收信号具有伪随机噪声信号110中的与此匹配的伪随机噪声码100。相关的结果被转发到中央处理单元CPU处以用于确定时间偏移。

在另一有利的变型中给提供单元补充可靠性检查单元，使得仅受限地提供复制伪随机噪声码，对于整个基带处理器外包地（ausgelagert）执行在云卸载服务器或所谓的片断处理器上的情况也是如此。对于该变型，可靠性检查用于提高片断处理器内的安全性。于是，妥协的接收器尽管有存在的通信连接仍仅能受限地向服务器请求信号处理，因为该服务器仅在可靠性检查的结果为肯定的情况下进行信号处理以及尤其是接收信号与复制伪随机噪声码的相关。

Claims (16)

1.用于向接收单元（2）安全地提供（B）复制伪随机噪声码（10）的方法，

其特征在于，受限地根据可靠性检查的结果（J、N）提供复制伪随机噪声码（10），其中为了执行（A）可靠性检查检测值（11，…，17）以及将所述值与预先给定的阈值比较。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于复制伪随机噪声码（10）执行与接收信号（130）的相关。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中包含在通过接收单元（2）接收的接收信号（130）中的伪随机噪声码（100）能借助于复制伪随机噪声码（10）利用相关方法被解码。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，包含在通过接收单元（2）接收的接收信号（130）中的伪随机噪声信号（110）借助于相关方法来分析。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，伪随机噪声信号（110）通过接收单元作为接收信号（130）、尤其是卫星导航信号的组成成分来接收。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，为了执行（A）可靠性检查检测接收信号（130）的卫星标识符（11）。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，为了执行（A）可靠性检查检测接收信号（130）的频带（12）。

8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了执行（A）可靠性检查检测关于卫星轨道数据（13）的信息。

9.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了执行（A）可靠性检查检测时间值（14）。

10.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了执行（A）可靠性检查借助于传感器（S）检测接收单元（2）的加速度值（15）或位置值（16）。

11.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了执行（A）可靠性检查，检查关于时间上在所述执行以前提供的复制伪随机噪声码（10'）的历史（17）。

12.用于向接收单元（2）安全地提供（B）复制伪随机噪声码（10）的提供单元（3），该提供单元具有用于根据可靠性检查的结果（J、N）受限地提供复制伪随机噪声码（10）的可靠性检查单元（5），其中为了执行（A）可靠性检查能检测值（11，…，17）以及能将所述值与预先给定的阈值比较。

13.根据权利要求12所述的提供单元，其中复制伪随机噪声码（10）能通过提供单元（3）的复制伪随机噪声码生成器（4）或外部的、能与提供单元（3）连接的复制伪随机噪声码生成器来生成。

14.根据权利要求12或13之一所述的提供单元（3），其中密钥生成器（6）或密钥存储器（6'）被构造用于产生密码密钥（K），其中借助于密码密钥能生成密码的复制伪随机噪声码（10k）。

15.根据权利要求12至14之一所述的提供单元，其中提供单元（3）被构造在具有接收单元（2）的接收器（1）上。

16.根据权利要求15所述的提供单元（3），其中设置篡改保护以用于识别对提供单元（3）的操纵或损害。