CN110278715A - 用于无线电导航认证的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

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k2,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。该方法进一步包括在所述无线电导航基础设施的加密部件(10)中，使用密钥流K2,i产生重加密序列Ri，该密钥流K2,i使用一系列密钥k2,i来产生。该方法还进一步包括：在t＝0之前，加密部件(10)传输重加密序列Ri至所述接收器(4)。该方法进一步包括从给定发射器(8)传输扩频码加密信号e(t)，并且从多个发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个传输一系列密钥k2,i。该方法进一步包括：在接收器(4)处，(i)在t＝0之前，接收和存储重加密序列Ri；(ii)接收扩频码加密信号e(t)；(iii)接收一系列密钥k2,i；(iv)使用一系列密钥k2,i解密重加密序列Ri以得到加密序列Ei。该方法进一步包括：在接收器(4)处，将所接收的扩频码加密信号e(t)的至少一部分和加密序列Ei关联从而产生针对给定发射器(8)的码相位测量值。该方法可以进一步包括：在部件(10)处，从扩频码加密信号e(t)提取与在预定认证间隔[0,T]内的各时间段相关联的多个加密序列Ei，其中，使用密钥流K2,i由所提取的加密序列Ei产生重加密序列R'i，该重加密序列Ri和给定发射器(8)相关。在一个实施例中，在其中产生重加密序列Ri的加密部件(10)是地基服务器。也公开了在基础设施(6)中、接收器(4)处实施的方法、无线电导航系统(2)、基础设施(6)和接收器(4)。

Description

用于无线电导航认证的方法和系统
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。
O.Pozzobon等人在NAVITEC 2010上的论文"Anti-spoofing and open GNSSsignal authentication with signal authentication sequences"(“使用信号认证序列的反欺骗和公开GNSS信号认证”)提出一种方法，该方法将“信号认证序列”自服务器提供至接收器，其中这些序列包含加密的GNSS信号的加密的扩频码的部分，使得接收器可以将一些信号样本和序列进行关联以检测被处理的信号是否包含这些加密的序列并且因此是否真实。用以实施该方法的架构避免了要求接收器中具有密钥，但是其在用户和参考接收器之间需要一个通信信道以用于传输序列从而执行认证。
Lo,S等人在2009年10月的InsideGNSS杂志上的论文"Signal Authentication-ASecure Civil GNSS for Today"(“信号认证-今日安全的民用GNSS”)提出一种方法，该方法在受到控制的参考接收器和待认证的用户设备之间比较GPS信号(例如，军用加密编码)的隐藏属性，以探测是否在这两种信号中发现这些隐藏属性。用以实施该方法的架构不需要用户接收器或服务器存储任何密钥，但是其在用户和参考接收器之间需要通信信道以执行认证。尽管该方法相对于当时的现有技术提供了显著的优点，但是服务器需要具有良好可视性地观察由接收器观察的信号以在给定的服务器区域内进行认证，并且在关联过程中存在固有的增益损耗，因为编码副本也受噪音影响。
技术问题
在现有技术中提出的构架对于每个认证而言，需要通过通信信道连接服务器和接收器，并且服务器通常存储并保护私钥。因此，对于没有安全模块的独立的、自主的接收器而言这些架构是不可实施的。在不具有密钥的服务器中它们也是不可实施的，除了服务器和接收器处的信号被关联的这种情况下，而这种情况也有一些不足。
本发明的一个目的是提供一种无线电导航系统，该系统使得接收器能够长时间段工作在独立模式下，即，不需要地面辅助信道，同时能够基于对称加密的扩频码来认证信号而无需存储密钥。
发明内容
前述的技术问题由权利要求1、8、9、13、14和15的方法、权利要求10的无线电导航系统、权利要求11的无线电导航基础设施以及权利要求12的接收器来解决。
根据本发明的一个方面，在此提供一种在无线电导航系统中实施的方法，该无线电导航系统包括一接收器和无线电导航的基础设施，该无线电导航的基础设施包括多个卫星承载的发射器，以及被配置成用于和发射器与接收器进行通信的加密部件，该方法对于多个星载发射器的一个或更多个给定的发射器而言包括：在无线电导航基础设施中，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k2,i；在无线电导航基础设施中，使用密钥流K1(t)由第一无线电导航信号s1(t)产生一扩频码加密的信号e(t)，使用无线电导航基础设施的密钥k1产生该密钥流K1(t)；在无线电导航基础设施的加密部件中，使用密钥流K2,i产生重加密序列Ri，该密钥流K2,i使用一系列密钥k2,i来产生；在t＝0之前，通过加密部件传输重加密序列Ri至接收器；从给定发射器传输扩频码加密信号e(t)；从多个发射器中的一个传输一系列密钥k2,i；在t＝0之前，在接收器处接收并存储重加密序列Ri；在接收器处接收扩频码加密信号e(t)；在接收器处接受一系列密钥k2,i；在接收器处使用一系列密钥k2,i解密重加密序列Ri以得到加密序列Ei；并且，在接收器处将所接收的扩频码加密信号e(t)中的至少一部分与加密序列Ei进行关联从而产生针对给定发射器的码相位测量值。
因此，至少在实施例中，本发明包括以下步骤：
·用密钥k1，产生加密的扩频码序列e(t)，该序列之后将由卫星进行传输。
·产生密钥k2,i的密钥链，该密钥链也将由卫星进行传输。
·用k2,i通过加密所述加密序列e(t)产生重加密序列Ri。
·从服务器传输若干重加密序列至接收器，该传输过程覆盖接收器将要认证该信号的时间段。
·在接收器处通过以下步骤来认证卫星信号：当被从卫星传输来时，存储e(t)，并且与解密Ri所产生的序列进行关联，一旦被接收，就使用k2,i进行解密。
在一个实施例中，该方法进一步包括在部件中从扩频码加密信号e(t)中提取与预定认证间隔[0,T]内的各时间段相关联的多个加密序列Ei。优选地，使用密钥流K2,i由所提取的加密序列Ei产生重加密序列R'i，该重加密序列R'i和给定的发射器相关。
在另一个实施例中，产生重加密序列Ri包括产生单独的重加密序列 其中，K1,i对应于在[τi,τi+Δ]处由k1产生的密钥流。优选地，在接收器处解密重加密序列Ri包括由下式得到加密序列Ei：
其中，C1是来自给定发射器的第一无线电导航信号s1(t)的扩频码，其其对于接收器是已知的。
在一个实施例中，在其中产生重加密序列Ri的加密部件包括地基服务器。
在另一个实施例中，该方法进一步包括：接收经认证的卫星星历表和时钟数，针对发射器中的每一个发射器，经认证的卫星星历表和时钟数据包含该发射器的位置和时钟数据；根据位置和时钟数据计算第一接收器PVT解算；基于码相位测量值中的一个或更多个来计算第二接收器PVT解算；将第一接收器PVT解算和第二接收器PVT解算进行比较，如果第一接收器PVT解算与第二接收器PVT解算相差小于预定的公差，则确定第一接收器PVT解算被认证。
根据本发明的另一个方面，提供一种在无线电导航系统的无线电导航基础设施中实施的方法，该无线电导航系统进一步包括接收器，该无线电基础设施包括多个星载发射器和被配置成用于与发射器和接收器进行通信的加密部件。针对多个星载发射器中一个或更多个给定发射器，该方法包括以下：在无线电导航基础设施中，针对持续时间为T并且从t＝0开始的预定认定间隔[0,T]，产生一系列密钥k2,i；在无线电导航基础设施中，使用密钥流K1(t)由第一无线电导航信号s1(t)产生一扩频码加密的信号e(t)，使用无线电导航基础设施的密钥k1产生该密钥流K1(t)；在无线电导航基础设施的加密部件中，使用密钥流K2,i产生重加密序列Ri，该密钥流K2,i使用一系列密钥k2,i来产生；在t＝0之前，通过加密部件传输重加密序列Ri至接收器；从给定发射器传输扩频码加密信号e(t)；从多个发射器中的一个传输一系列密钥k2,i；在t＝0之前，其中接收器被配置成在接收器处用于接收并存储重加密序列Ri；在接收器处接收扩频码加密信号e(t)；在接收器处接受一系列密钥k2,i；在接收器处使用一系列密钥k2,i解密重加密序列Ri以得到加密序列Ei；并且，在接收器处将所接收的扩频码加密信号e(t)中至少一部分与加密序列Ei进行关联从而产生针对给定的发射器的码相位测量值。
根据本发明的另一个方面，提供一种在无线电导航系统的接收器中实施的方法，该无线电导航系统包括接收器和无线电导航基础设施，该无线电导航的基础设施包括多个星载发射器，和被配置成用于与发射器和接收器进行通信的加密部件。该方法针对多个星载发射器中的一个或更多个给定发射器而实施的。无线电导航基础设施被配置用于针对持续时间为T并且从t＝0开始的预定认证间隔[0,T]，产生一系列密钥k2,i；在无线电导航基础设施中使用密钥流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的密钥k1来产生。无线电导航基础设施的加密部件被配置成使用密钥流K2,i产生重加密序列Ri，该密钥流K2,i使用一系列密钥k2,i来产生；在t＝0之前传输重加密序列Ri至接收器。给定的发射器被配置成用于传输扩频码加密信号e(t)。多个发射器中的一个被配置成用于传输一系列密钥k2,i。该方法在接收器处包括：在t＝0之前，接收并存储重加密序列Ri；接收扩频码加密信号e(t)；接收一系列密钥k2,i；使用一系列密钥k2,i解密重加密序列Ri以得到加密序列Ei；将所接收的扩频码加密信号e(t)的至少一部分与加密序列Ei进行关联从而针对给定的发射器产生码相位测量值。
根据本发明的另一方面，提供无线电导航系统，该无线电导航系统被配置成执行根据所附权利要求中的权利要求1至7中任一项所述的方法，或者执行根据本文所列的特定实施例，实施方式或变型中任一项所述的方法。
根据本发明的另一方面，提供无线电导航基础设施，该无线电导航基础设施被配置成执行根据权利要求8所述的方法，或者执行根据本文所列的特定实施例，实施方式或变型中任一项所述的方法。
根据本发明的另一方面，提供接收器，该接收器被配置成执行根据权利要求9所述的方法，或者执行根据本文所列的特定实施例，实施方式或变型中任一项所述的方法。
根据本发明的另一个方面，提供一种在无线电导航系统中实施的方法，该无线电导航系统包括接收器和无线电导航基础设施，该无线电导航的基础设施包括多个星载发射器，和被配置成用于与发射器和接收器进行通信的服务器。针对多个星载发射器中一个或更多个给定的发射器该方法包括以下：在无线电导航基础设施中，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k2,i；在无线电导航基础设施中使用密钥流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)，使用无线电导航基础设施的密钥k1产生该密钥流K1(t)；在服务器处提供重加密序列Ri，使用密钥流K2,i得到该重加密序列Ri，该密钥流K2,i使用一系列密钥k2,i来产生；从给定的发射器传输扩频码加密信号e(t)；从多个发射器中的一个传输一系列密钥k2,i；在接收器处接收扩频码加密信号e(t)；在接收器处对扩频码加密信号e(t)进行采样以得到所接受的扩频码加密信号e(t)的数字化快照S(τi,τi+Δ)；在接收器处传输该数字化快照S(τi,τi+Δ)至服务器；从多个发射器中的一个传输一系列密钥k2,i至服务器；在服务器处使用一系列密钥k2,i解密重加密序列Ri以得到加密序列Ei；在服务器处将所接收的扩频码加密信号e(t)的数字化快照S(τi,τi+Δ)和加密序列Ei进行关联从而针对给定发射器产生码相位测量值。
根据本发明的另一个方面，提供一种在无线电导航系统的无线电导航基础设施中实施的方法，该无线电导航系统进一步包括接收器，该无线电基础设施包括多个星载发射器和被配置成用于与发射器和接收器进行通信的服务器。针对多个星载发射器中一个或更多个给定的发射器该方法包括以下：在无线电导航基础设施中，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k2,i；在无线电导航基础设施中使用密钥流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)，使用无线电导航基础设施的密钥k1产生该密钥流K1(t)；在服务器处提供重加密序列Ri，使用密钥流K2,i得到该重加密序列Ri，该密钥流K2,i使用一系列密钥k2,i来产生；从给定的发射器传输扩频码加密信号e(t)；从多个发射器中的一个传输一系列密钥k2,i至服务器，其中在接收器处该接收器被配置成用于接收扩频码加密信号e(t)；在接收器处对扩频码加密信号e(t)进行采样以得到所接受的扩频码加密信号e(t)的一数字化快照S(τi,τi+Δ)；在接收器处传输该数字化快照S(τi,τi+Δ)至服务器；在服务器处使用一系列密钥k2,i解密重加密序列Ri以得到加密序列Ei；并且该方法进一步包括，在服务器处将所接收的扩频码加密信号e(t)的数字化快照S(τi,τi+Δ)和加密序列Ei进行关联从而针对给定发射器产生码相位测量值。
根据本发明的另一个方面，提供一种在无线电导航系统的接收器中实施的方法，该无线电导航系统包括接收器和无线电导航基础设施，该无线电导航的基础设施包括多个星载发射器，和被配置成用于与发射器和接收器进行通信的服务器。针对多个星载发射器中一个或更多个给定的发射器该方法包括以下：其中针对持续时间为T并且从t＝0开始的预定认证间隔[0,T]，无线电导航基础设施被配置成用于产生一系列密钥k2,i；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)，使用无线电导航基础设施的密钥k1产生密钥流K1(t)；其中在服务器处提供重加密序列Ri，使用密钥流K2,i得到该重加密序列Ri，该密钥流K2,i使用一系列密钥k2,i来产生；其中给定发射器被配置成用于传输扩频码加密信号e(t)；其中多个发射器中的一个被配置成用于传输一系列密钥k2,i至服务器；其中在接收器中实施的该方法包括在接收器处接收扩频码加密信号e(t)；在接收器处对扩频码加密信号e(t)进行采样以得到所接收的扩频码加密信号e(t)的数字化快照S(τi,τi+Δ)；在接收器处传输数字化快照S(τi,τi+Δ)至服务器；并且在服务器处使用一系列密钥k2,i解密重加密序列Ri以得到加密序列Ei；并且其中服务器被配置成用于将所接收的扩频码加密信号e(t)的数字化快照S(τi,τi+Δ)与加密序列Ei进行关联从而针对给定发射器产生码相位测量值。
本发明(例如，相对于在扩频码中包括水印技术的已知系统)的优点在于其可以在已经存在的信号之上使用编码加密能力进行实施而不用修改其规范，只要有其他发射器传输密钥k2,i，已经存在的信号例如伽利略商用系统E6B/C信号提供其他发射器。密钥k2,i必须是系统可认证的。
附图说明
将参照附图来描述本发明的实施例，其中
图1是根据本发明一实施例的无线电导航系统的示意图；
图2是根据本发明另一实施例的无线电导航系统的示意图；并且
图3是序列和密钥在时间轴上的示意图，包括在图2的实施例中由Ri序列和密钥k2,i产生序列Ei。
具体实施方式
图1是根据本发明一实施例的无线电导航系统2的示意图。该无线电导航系统2包括(用户)接收器4和无线电导航基础设施6，后者包括多个星载发射器8以及，在此实施例中，地基服务器10。然而，本领域的技术人员应当理解的是，在本文中被描述为由地基服务器所执行的功能中的一个或更多个如果合适的话可以在发射器8中的一个或更多个处被执行，或者由移动的、空中的或近地的物体所执行。
在描述的实施例中，具有天线(未显示)的用户接收器4从服务器10接收重加密序列(Ri)并且基于所接收的无线电导航信号和重加密序列Ri计算经认证的位置、速度和时间(PVT)解算，其在后文中将会进一步详细说明。
以下，为了便于说明，参照简化模型说明本发明的实施例以更详细地解释概念和其变化形式。这里，假设由发射器8(例如是GNSS卫星)产生信号s1(t)，该信号由载波和扩频码构成：
其中C1(t)是扩频码序列，
f1是载波频率，以及
是信号的相位。应当注意，信号s1(t)是真实GNSS信号的简化表示，该GNSS信号通常由数据流、次级编码或子载波所调制。本领域的技术人员应当理解的是，根据本发明的技术可应用于使用此类其他信号的系统。
假设在被发射器8传输之前，信号s1(t)通过使用密钥k1所产生的密钥流K1(t)来进行加密。那么加密的信号为
其中是XOR标记，意味着每个码片被乘以密钥流K1(t)的一个比特。假设扩频码加密信号e(t)在时间段[0,T](即，从t＝0开始并且持续时间为T，其可以是几小时、几天或更长时间)期间由给定无线电导航源(例如卫星)所传输。
假设一信号s2(t)，该信号包括经调制的扩频码C2(t)以及在载波频率f2上并且具有相位的调制数据流D2(t)，如下所示：
数据流D2(t)除其他潜在信息之外包括：加密密钥k2,i的序列，该加密密钥k2,i随时间被公开且遵循例如为本领域技术人员所知的TESLA协议。信号s2(t)可以从与s1(t)相同的源(发射器8)，或者从不同的源(发射器8’,8”,8”’，或者其他移动/空中的物体或地面设备)被传输。每个k2,i被关联开始于τi的给定时间段i，其中τ是密钥之间时间段的持续时间。使用的k2,i可以是已被GNSS系统使用以提供数据认证的密钥，例如密钥链的TESLA码。密钥k2,i(其中i＝[0,1,...,N]，覆盖时间段[0,T])对系统(无线电导航基础设施6)已知,但是直到其被公开才为用户(接收器4)所知。
在e(t)被传输之前，系统(无线电导航基础设施6)已知全序列e(t)。在该实施例中，无线电导航基础设施6的服务器10从e(t)提取一些加密序列Ei，该加密序列Ei与间隔[0,T]内的时间段相关，该间隔[0,T]开始于τi并具有一个持续时间Δ，Ei＝e[τi,τi+Δ]。
服务器10也知道在服务间隔上将会被传输的密钥k2,i。服务器可以创建重加密序列其中K2,i是用k2,i产生的密钥流序列。Ri序列在无线电导航基础设施6的安全的地面基础设施部分由服务器10所产生，并长时间段(例如数小时或数天)地被传输至接收器4。接收器4存储序列(即，不需要安全反篡改模块)。通过公开Ri不会损害服务器10，因为直到接收到k2,i时，序列才会被解密并与信号进行关联。
在使用中，在无线电导航系统2的各种元件处计算位置(PVT解算)的操作如下所示：
在地面基础设施(服务器10)侧，相对于每个发射器，使用本文之前所列技术/操作，执行以下步骤：
·基于第一无线电导航信号s1(t)产生加密序列e(t)。
·针对时间间隔[0,T]产生链或一系列密钥k2,i。
·在相同间隔中产生Ri序列。
·在t＝0之前传输Ri序列至接收器4。
在用户接收器4侧，相对于每个发射器，使用本文之前所列技术/操作，执行以下步骤。
·在t＝0之前在服务时间段t＝[0,T]中，针对一个或若干发射器(8至8”’)，接收并存储Ri序列。
·如在标准接收器中那样，追踪公开的标准信号，如伽利略E1OS，并且基于公开信号计算连续的PVT解算。
·在每个给定τi处：
o对所接收的加密信号e(t)的数字化快照S(τi,τi+Δ)进行采样和存储。
o接收和认证合并入第二无线电导航信号s2(t)中的重加密密钥k2,i。
o使用K2,i解密Ri，以产生Ei。假设加密/解密过程是对称的：
o将所接收的e(t)和Ei进行关联，产生每个发射器的码相位测量值。
o接收获知星载发射器8至8”’的位置和时钟所需要的、认证的卫星星历表和时钟数据，接收器4的位置计算需要该位置和时钟。
o基于一个或若干此类码相位测量值计算位置。
o将公开信号PVT解算和由从加密测量值中提取的测量值所计算的位置进行比较。根据由测量值和校正所期望的统计学误差，如果PVT之差可接受，其被认为已经认证。
在如下，列出进一步实施例或变化形式：除了下文所述之外，这些实施方式与第一实施例一样实施。
在第一变化形式中，不是提供与给定发射器8相关的加密扩频码序列Ei的重加密序列Ri，而是系统(例如服务器10)传输单个重加密序列至接收器4，其中K1,i对应于在[τi,τi+Δ]中从k1所产生的密钥流。本方法的主要优点在于，在单个密钥k1被用于若干发射器8至8”’的情况下，单独的重加密序列将会被用于若干发射器，其简化了过程且减少了所需带宽。
在这种情况下，为了产生(相关联)序列，接收器4执行以下操作：
其中C1是来自给定发射器的信号的扩频码，且为接收器所知。
在另一个实施方式中，没有从服务器10传输重加密序列R'i，而是从无线电导航基础设施6的另一个部件以另一个信号或信号分量的形式传输。该实施方式可以增加接收器4的自主性，该接收器4在此场景下不需要和服务器10连接，尽管这是偶发的。
图2是根据本发明另一实施例的无线电导航系统的示意图。在该实施例中，用户接收器4发送加密信号e(t)的快照至服务器10，该服务器10基于所接收的信号e(t)和重加密序列R'i计算被认证的PVT解算，使得甚至连服务器10也不需拥有密钥k1。
更特别地，接收器4从第四发射器8”’接收加密信号e(t)，并且采样并推导数字化加密信号的快照S(τi,τi+Δ)，接收器4通过通信信道发送该数字化加密信号的快照S(τi,τi+Δ)至服务器10。图3是序列和密钥在时间轴上的示意图，该图3包括在图2的实施例中从Ri序列和密钥k2,i产生序列Ei。
另外，服务器10接收由第一发射器8所传输的一系列密钥k2,i。服务器10拥有重加密序列R'i，并且在接收密钥k2,i时其能够使用下式来计算关联序列Ei：
服务器10通过前述的关联和之后的步骤可以计算接收器4的被认证的解算。尽管该方法针对每次认证包括接收器-服务器通信信道，但是其相对于已知技术的优点在于其不需要服务器10为了认证接收器而拥有密钥k1，从而降低了服务器10的安全要求。它还解决了已知技术无法生成无噪声副本的问题。
另一个实施方式，基于图3，其中服务器10从安全地面基础设施直接接收Ei，使得当Ei序列不能被公开时，其公开仅影响它们的可应用时间，而不像公开k1，将会损害整个系统2。这将避免连续接收k2,i的需要，同时相较于存储k1所需的安全性，其所需要的安全性级别更低。
另一个变化形式在于，除了重加密序列Ri，接收器4存储将来关联所需的一些附加信息Di，该信息Di使用随后公开的密钥k2,i进行加密，且意图为过程添加变化性或熵。该信息可能与序列的精确同步时间相关，使得不是在t＝τi时重加密该序列，而是加密序列开始于t＝τi+δi处，其中一旦通过k2,i解密，δi便仅对于接收器4是已知的。也可以针对每个关联序列添加不同并且解密所需的salt或随机数。
在另一个变化形式中，信号采样时段长于Δ，以允许在接收器4和系统6的参考时间之间存在同步误差。在这种情况下，对于Ri和Si而言持续时间Δ是不同的，使得更长的Si间隔可以确保关联的可能性，即使接收器没被同步至共同时间参考。
在另一个变化形式中，接收器4使用k2,i认证发射器8的导航信息，例如星历表和时钟信息，以使得能够实现执行信号关联所必须的发射器8和接收器4的经过认证的同步。
在另一个变化形式中，通过一公-私密钥对中的私钥从服务器10认证Ri序列，并且接收器4拥有公钥。该公钥可以是认证k2,i所需要的公钥。
在另一个变化形式中，没有从传输的射频信号而是从其他源接收密钥k2,i。
在另一个变化形式中，s2(t)s1(t)是相同载波的分量，或者是来自相同源的不同载波的信号，或者是可以包含次编码或使用扩频码调制的数据的信号。
前述的技术可以具体地实施用于伽利略系统，其中，加密信号是E6B或E6C信号，传输重加密密钥的信号是E1B I/NAV信号，其中重加密密钥是导航消息认证(NMA)服务的一部分，通过TESLA链在该信号上传递该导航认证消息(NMA)服务。在这种情况下，用以认证TESLA根密钥的公钥可以是用以认证从服务器10提供的重加密序列Ri的公钥。
在另一个实施方案中，接收器4不执行基于标准公开信号的PVT与扩频码加密PVT之间的任何比较。接收器4仅接收公开信号以接收经认证的导航数据，并使用来自重加密序列Ri的测量值以计算经认证的PVT。
在另一实施方案中，在测量层面，而不是PVT层面执行公开信号和加密信号的对比，使得如果认为测量值相似，则认为基于公开信号的位置是经认证的。

Claims (15)

1.一种在无线电导航系统中实施的方法，所述无线电导航系统包括接收器(4)和无线电导航基础设施(6)，所述无线电导航基础设施(6)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”’)和所述接收器(4)通信的加密部件，针对所述多个星载发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个或更多个给定发射器(8)，所述方法包括：
在所述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k2,i；
在所述无线电导航基础设施(6)中，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)，所述密钥流K1(t)使用所述无线电导航基础设施(6)的密钥k1来产生；
在所述无线电导航基础设施的所述加密部件中，使用密钥流K2,i产生重加密序列Ri，所述密钥流K2,i使用一系列密钥k2,i来产生；
在t＝0之前，通过所述加密部件传输所述重加密序列Ri至所述接收器(4)；
从所述给定发射器(8)传输所述扩频码加密信号e(t)；
从所述多个发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个传输所述一系列密钥k2,i；以及
在t＝0之前，在所述接收器(4)处接收并存储所述重加密序列Ri；
在所述给定接收器(4)处接收所述扩频码加密信号e(t)；
在所述接收器(4)处，接收所述一系列密钥k2,i；
在所述接收器(4)处，使用所述一系列密钥k2,i解密重加密序列Ri以得到加密序列Ei；以及
在所述接收器(4)处，将所接收的所述扩频码加密信号e(t)的至少一部分和所述加密序列Ei关联从而产生针对所述给定发射器(8)的码相位测量值。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括
在加密部件处从所述扩频码加密信号e(t)中提取与所述预定认证间隔[0,T]内的各时间段相关联的多个加密序列Ei。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
使用所述密钥流K2,i由所提取的加密序列Ei产生所述重加密序列R'I，所述重加密序列R'i和所述给定发射器(8)相关联。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，产生所述重加密序列Ri包括产生单独的重加密序列其中，所述K1,i对应于在[τi,τi+Δ]处由k1产生的密钥流。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述接收器处，解密所述重加密序列Ri包括根据以下公式得到加密序列Ei：
其中，C1是来自所述给定发射器(8)的所述第一无线电导航信号s1(t)的扩频码，所述扩频码对所述接收器(4)是已知的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，产生所述重加密序列Ri所在的所述加密部件是地基所述服务器(10)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：
接收经认证的卫星星历表和时钟数据，针对所述发射器(8至8”’)中的每个发射器，所述经认证的卫星星历表和时钟数据包含该发射器的位置和时钟数据；
根据所述位置和时钟数据计算第一接收器PVT解算；
基于所述码相位测量值中的一个或更多个计算第二接收器PVT解算；
将所述第一接收器PVT解算和所述第二接收器PVT解算相比较，并且如果所述第一接收器PVT解算和所述第二接收器PVT解算相差小于预定公差，则确定所述第一接收器PVT解算被认证。
8.一种在无线电导航系统(2)的无线电导航基础设施(6)中实施的方法，所述无线电导航系统(2)进一步包括接收器(4)，所述无线电导航基础设施(6)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”’)和所述接收器(4)通信的加密部件，针对所述多个星载发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个或更多个给定发射器(8)，所述方法包括：
在所述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k2,i；
在所述无线电导航基础设施(6)中，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)，所述密钥流K1(t)使用所述无线电导航基础设施(6)的密钥k1来产生；
在所述无线电导航基础设施(6)的所述加密部件中，使用密钥流K2,i产生重加密序列Ri，所述密钥流K2,i使用一系列密钥k2,i来产生；
在t＝0之前，通过所述加密部件传输所述重加密序列Ri至所述接收器(4)；以及
从所述给定发射器(8)传输所述扩频码加密信号e(t)；
从所述多个发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个传输所述一系列密钥k2,i；以及
其中，所述接收器(4)被配置成用于：
在t＝0之前，接收并存储所述重加密序列Ri；
接收所述扩频码加密信号e(t)；
接收所述一系列密钥k2,i；
使用所述一系列密钥k2,i解密重加密序列Ri以得到加密序列Ei；以及
将所接收的所述扩频码加密信号e(t)中至少一部分和所述加密序列Ei关联从而产生针对所述给定发射器的码相位测量值。
9.一种在无线电导航系统(2)的接收器中实施的方法，所述无线电导航系统(2)包括所述接收器(4)和无线电导航基础设施(6)，所述无线电导航基础设施(6)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”’)和所述接收器(4)通信的加密部件，关于所述多个星载发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个或更多个给定发射器(8)实施所述方法；
其中，所述无线电导航基础设施(6)被配置成用于：
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k2,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)，所述密钥流K1(t)使用所述无线电导航基础设施(6)的密钥k1来产生；
其中，所述无线电导航基础设施(6)的所述加密部件被配置成用于：
使用密钥流K2,i产生重加密序列Ri，所述密钥流K2,i使用一系列密钥k2,i来产生；以及
在t＝0之前，传输所述重加密序列Ri至所述接收器4；
其中，所述给定发射器(8)被配置成用于传输所述扩频码加密信号e(t)；
其中，所述多个发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个被配置成用于传输所述一系列密钥k2,i；所述方法在所述接收器(4)处包括：
在t＝0之前，接收并存储所述重加密序列Ri；
接收所述扩频码加密信号e(t)；
接收所述一系列密钥k2,i；
使用所述一系列密钥k2,i解密重加密序列Ri以得到加密序列Ei；以及
将所接收的所述扩频码加密信号e(t)中至少一部分和所述加密序列Ei关联从而产生针对所述给定发射器的码相位测量值。
10.一种无线电导航系统(2)，被配置成执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
11.一种无线电导航基础设施(6)，被配置成执行根据权利要求8所述的方法。
12.一种接收器(4)，被配置成执行根据权利要求9所述的方法。
13.一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(6)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”’)和所述接收器(4)通信的服务器(10)，针对所述多个星载发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个或更多个给定发射器(8)，所述方法包括：
在所述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k2,i；
在所述无线电导航基础设施(6)中，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)，所述密钥流K1(t)使用所述无线电导航基础设施(6)的密钥k1来产生；
在所述服务器(10)处，提供所述重加密序列Ri，所述重加密序列Ri使用密钥流K2,i得到，所述密钥流K2,i使用所述一系列密钥k2,i来产生；
从所述给定发射器(8)传输所述扩频码加密信号e(t)；
从所述多个发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个传输所述一系列密钥k2,i；以及
在所述给定接收器(4)处，接收所述扩频码加密信号e(t)；
在所述接收器(4)处，对所述扩频码加密信号e(t)进行采样以得到所接收的扩频码加密信号e(t)的数字化快照S(τi,τi+Δ)；
在所述接收器(4)处，传输所述数字化快照S(τi,τi+Δ)至所述服务器；
从所述多个发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个传输所述一系列密钥k2,i至所述服务器(10)；
在所述服务器(10)处，使用所述一系列密钥k2,i解密所述重加密序列Ri以得到加密序列Ei；以及
在所述服务器(10)处，将所接收的、所述扩频码加密信号e(t)的数字化快照S(τi,τi+Δ)和所述加密序列Ei关联从而产生针对所述给定发射器(8)的码相位测量值。
14.一种在无线电导航系统(2)的无线电导航基础设施(6)中实施的方法，所述无线电导航系统(2)进一步包括接收器(4)，所述无线电导航基础设施(6)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”’)和所述接收器(4)通信的服务器(10)，针对所述多个星载发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个或更多个给定发射器(8)，所述方法包括：
在所述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k2,i；
在所述无线电导航基础设施(6)中，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)，所述密钥流K1(t)使用所述无线电导航基础设施(6)的密钥k1来产生；
在所述服务器处，提供重加密序列Ri，所述重加密序列Ri使用密钥流K2,i得到，所述密钥流K2,i使用一系列密钥k2,i来产生；
从所述给定发射器(8)传输所述扩频码加密信号e(t)；
从所述多个发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个传输所述一系列密钥k2,i至所述服务器；
其中，所述接收器(4)被配置成用于：
接收所述扩频码加密信号e(t)；
对所述扩频码加密信号e(t)进行采样以得到所接收的扩频码加密信号e(t)的数字化快照S(τi,τi+Δ)；
传输所述数字化快照S(τi,τi+Δ)至所述服务器(10)；以及
在所述服务器(10)处，使用所述一系列密钥k2,i解密所述重加密序列Ri以得到加密序列Ei；以及
所述方法进一步包括：在所述服务器(10)处，将所接收的、所述扩频码加密信号e(t)的数字化快照S(τi,τi+Δ)和所述加密序列Ei关联从而产生针对所述给定发射器(8)的码相位测量值。
15.一种在无线电导航系统(2)的接收器(4)中实施的方法，所述无线电导航系统(2)包括所述接收器(4)和无线电导航基础设施(6)，所述无线电导航基础设施(6)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”’)和所述接收器(4)通信的服务器(10)，
其中，所述无线电导航基础设施(6)被配置成用于：
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k2,i；
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)，所述密钥流K1(t)使用所述无线电导航基础设施的密钥k1来产生；
其中，在所述服务器(10)处，提供所述重加密序列Ri，所述重加密序列Ri使用密钥流K2,i得到，所述密钥流K2,i使用所述一系列密钥k2,i来产生；
其中，所述给定发射器(8)被配置成用于传输所述扩频码加密信号e(t)；
其中，所述多个发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个被配置成用于传输所述一系列密钥k2,i至所述服务器(10)；
所述方法在所述接收器(4)中实施，针对所述多个星载发射器(8,8’，8”，8”’)中的一个或更多个所述给定发射器(8)，所述方法包括：
接收所述扩频码加密信号e(t)；
对所述扩频码加密信号e(t)进行采样以得到所接收的扩频码加密信号e(t)的数字化快照S(τi,τi+Δ)；
传输所述数字化快照S(τi,τi+Δ)至所述服务器；以及
其中，所述服务器(10)被配置成用于：
使用所述一系列密钥k2,i解密重加密序列Ri以得到加密序列Ei；以及
将所接收的、所述扩频码加密信号e(t)数字化快照S(τi,τi+Δ)和所述加密序列Ei关联从而产生针对所述给定发射器(8)的码相位测量值。
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