CN113141342B - 信号和/或数据传输和/或加密单元以及信号传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种信号和/或数据传输和/或加密单元以及信号传输方法。本发明涉及一种具有例如可以在扩频传输“spread spectrum”中用于双向或单向信号传输或卫星辅助导航的PRN代码生成器的信号传输单元，特别是涉及一种具有集成的完整性检查的PRN代码生成器以及用于借助PRN代码生成器内的完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的CI方法。本发明的优点在于，能够确保PRN代码序列实际上是所期望的PRN代码序列。如果代码生成器本身是可重新配置的，和/或如果代码生成器在可重新配置的硬件平台、例如FPGA、ASIC上的嵌入式FPGA、ASIC或FPGA上的微编码状态机上实现，则这是特别有利的。

Description

信号和/或数据传输和/或加密单元以及信号传输方法
技术领域
本发明涉及一种具有PRN代码生成器的信号传输单元，PRN代码生成器例如可以在扩频传输“spread spectrum”中用于双向或单向信号传输或卫星辅助导航，特别是涉及一种具有集成的完整性检查的PRN代码生成器以及借助PRN代码生成器内的完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的计算机实现的方法。
背景技术
例如在无线电传输中和/或在导航系统中使用伪随机代码序列、即所谓的伪随机噪声码或者Pseudo-Random-Noise Code(缩写为PRNC或PRN代码或PRN代码序列)。其可以作为使得消息信号的频率扩展的扩频码来使用。通过进行宽带传输，这种信号相对于干扰具有高的鲁棒性。例如在卫星导航系统GNSS(Global Navigation Satelite System，全球导航卫星系统)、例如GPS(Global Positioning System，全球定位系统)、格洛纳斯(Glonass)、北斗(Beidou)或伽利略(Galileo)中使用扩频序列。在此，接收到的卫星信号一般位于噪声水平以下。接收方通过与其本身具有的合适的PRN代码进行相关(Korrelation)，才能够对发射的信号进行检测和解码。
已知在扩频传输中使用加密PRN代码。在此，依据加密密钥来生成代码序列。仅当接收方知道发送方发送信号所使用的PRN代码时，接收方才能够生成合适的PRN代码，用于对接收信号进行相关和解码。为此，接收方需要加密密钥。
例如从US 10225038B2中已知用于对信号进行调制的方法，通过这些方法，防止或至少使得很难能够从安全信号中提取其中包含的副本伪随机噪声码(Replika-Pseudo-Zufallsrauschcode)和/或相关密钥。
特别是在扩频传输中，可以使用PRN代码来对数据信号进行调制，例如通过与PRN代码信号序列相乘和/或混合，和/或可以使用PRN代码来对接收信号进行接收，例如通过与PRN代码信号序列相关。PRN代码序列的位(也称为“Chip(码片)”)一般以高数据速率、例如几Mbit/sec或者甚至Gbit/sec生成。
从US 7120696B1中已知一种加密通信系统，其公开了生成加密PRN代码。
特别是在无线传输的情况下，以加密方式生成的PRN代码可以用于保护到传输层的数据和/或信号传输，这种到传输层的数据和/或信号传输“physical layer security(物理层安全)”。例如针对例如用于数据传输或用于卫星辅助导航的双向或单向数据传输。在此，数据传输的安全性取决于所使用的PRN代码序列实际上如所期望的以加密方式生成。
否则，在发送方处，可能在没有足够的保护的情况下发出发送信号。在接收方处，可能出现接收特性变差和/或使得对设备的本地攻击(例如经由边信道攻击)更容易。
利用诸如芯片卡的设备中的加密系统的物理实现的加密方法称为“边信道攻击(Seitenkanalangriff)”。原理基于在执行加密算法时观察加密设备，并且找到所观察的数据与所使用的密钥之间的相关。该特征信息可以通过分析算法的运行时间、计算期间的处理器的能耗和/或电磁辐射来获得。主动的侵入式攻击在于，介入设备并且在执行加密算法时引入错误。边信道分析提供关于此的信息。
通常，攻击者进行边信道攻击，以重建所使用的加密密钥。原则上，也可以建设性地使用用于检测并且分析边信道信息的这些技术，来监视设备的完整性，例如参见US9430644B2。然而，这种监视非常复杂，并且更适合用于识别设备的基本功能失效。此外，将在时间延迟相对长的情况下，才识别出完整性被破坏。
发明内容
在这种背景下，本发明要解决的技术问题是，实现一种用于对PRN代码生成器进行完整性检查的方法，特别是一种可以高效地实现的用于自检查的测试，其在PRN代码生成期间实时地进行。
上述技术问题通过在说明书和附图中公开的本发明的主题来解决。
相应地，本发明的主题是一种具有在发射器和/或接收器单元的基带处理内或者在加密单元/解密单元中可以使用的伪随机噪声“PRN”代码生成器的信号和/或数据传输和/或加密单元，使得在将加密PRN代码写入伪随机噪声缓冲存储器中之前，在PRN代码生成器中，依据加密密钥生成加密PRN代码，调制单元、解调单元、相关器单元、加密单元和/或解密单元可以从伪随机噪声缓冲存储器中读取加密PRN代码，其中，PRN代码生成器包括至少一个第一处理器，并且另一方面包括至少一个第二处理器，第一处理器根据具有加密密钥的初始数据生成PRN代码，其中，第二处理器基于相同的加密密钥和相同的初始数据，通过计算生成PRN代码的部段，用于进行完整性检查，使得在PRN代码生成器内，并且在将PRN代码临时存储在缓冲存储器/所述缓冲存储器(代码缓冲器)之前，设置至少一个设备，所述设备用于将由第一处理器以加密方式生成的PRN代码序列中的至少一个复制的部段，与由第二处理器计算的部段中的至少一个部段进行比较，其中，在用于进行比较的设备中，可以激活阻止功能、停止功能和/或警报功能，可以依据预先给定的、通过复制获得的至少一个部段与所计算的至少一个部段的一致程度，来触发阻止功能、停止功能和/或警报功能。
特别是，本发明涉及IT安全、包括加密，在此，特别是又涉及扩频传输，也称为spread spectrum、physical layer security。
有利地，“用于进行比较的设备”被构造为PRN代码完整性检查(PRN-CodeIntegrity Check)模块27(参见图4)。
特别是，本发明包括以下实施方式：
设计为用于单向信号传输的信号和/或数据传输或加密单元。
设计为用于双向数据传输的信号和/或数据传输或加密单元。
如下的信号和/或数据传输或加密单元，即，在该单元中，完全或部分地以可重新配置的硬件平台(例如传输单元的ASIC/FPGA部分)的形式，实现代码生成器、第一处理器和/或第二处理器。
如下的信号和/或数据传输或加密单元，即，在该单元中，完全或部分地以基于软件的方式，实现代码生成器、第一处理器和/或第二处理器。
警报功能阻止对代码缓冲存储器的读取访问的信号和/或数据传输或加密单元。
停止功能停止第一处理器的信号和/或数据传输或加密单元。
以擦除(Erase)部件的形式实现停止功能的信号和/或数据传输或加密单元。
如下设置的信号和/或数据传输或加密单元，即，作为警报功能，由“用于进行比较的设备”、即特别是图4中的模块27、即“PRN代码完整性检查模块”提供警报信号，例如电气和/或光学警报信号，以便代码生成器内部和/或外部的另一个部件可以对此做出反应。
如下设置的信号和/或数据传输或加密单元，即，在用于进行比较的设备中设置有存储器，可以将所确定的进行比较的检查数据存储在存储器中，用于进行分析。
此外，本发明的主题是一种用于借助PRN代码生成器内的完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，其包括以下方法步骤：
-提供用于基带处理的数字信号
-在PRN代码生成器中，依据加密密钥生成PRN代码
-PRN代码生成器还依据相同的加密密钥，至少同时预先计算代码序列的部段
-在将所生成的PRN代码暂存在PRN代码生成器的代码缓冲存储器中之前，复制所生成的PRN代码，
-作为针对PRN代码的完整性检查，将副本或副本的部段与所计算的PRN代码部段进行比较，
-分析比较结果，其结果是，要么将存储在PRN代码生成器中的PRN代码无阻碍地存储在代码缓冲存储器中并且转发，以在相关器中进行相关，
要么
-ALARM(警报)命令30、ERASE(擦除)命令28和/或DISABLE READ(禁止读取)命令32和/或STOP(停止)命令29中断信号传输。
特别是，本发明还包括一种用于借助完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，其中，在预先给定的时间段内，将通过同时预先计算确定的代码序列的至少一个部段与所复制的部段进行比较。
此外，本发明包括一种用于借助完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，其中，作为完整性检查的结果的停止功能和/或报警功能的触发，与预先给定的阈值耦合。
在此，本发明还包括一种用于借助完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，其中，作为完整性检查的结果的停止功能和/或报警功能的触发，与在预先给定的时间段内超过预先给定的阈值耦合。
此外，本发明包括一种用于借助完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，其中，在不一致的情况下，触发停止代码生成的停止功能。
最后，本发明包括一种用于借助完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，使用所述方法来进行加密的单向或双向数据传输。
本发明的一般的认识是，至少能够按照部段，在安全性专门受保护的处理器上，以高可靠性正确地、由此受信任地计算伪随机代码序列，从而可以预先计算伪随机代码序列的部段，并且与实际上以高数据速率生成、然后通过复制生成的PRN代码的对应的部段进行比较。本发明设置为，在副本与计算的部段存在预先定义的偏差的情况下，触发警报信号和/或阻止功能和/或停止功能，其用信号通知所生成的PRN代码缺乏完整性，并且停止传输和解密。
PRN代码是伪随机代码序列(pseudo random noise，伪随机噪声)。例如以加密方式生成PRN代码。特别是可以在扩频传输(spread spectrum)中使用PRN代码，来对数据信号进行调制，例如通过与PRN代码信号序列相乘和/或混合，或者来对接收信号进行接收，例如通过与PRN代码信号序列进行相关。PRN代码序列的位(也称为码片)一般以高数据速率生成。例如将几Mbit/sec或者甚至几Gbit/sec的数据速率称为“高数据速率”。
特别是在无线传输的情况下，也可以使用加密PRN代码来保护到传输层的数据传输，这种到传输层的数据传输称为“physical layer security(物理层安全)”。无线传输与例如用于数据传输或者用于卫星辅助导航的双向或单向数据传输相关。数据传输的安全性取决于生成实际上预期的PRN代码序列。
相应地，PRN代码生成器是产生PRN代码的设备。这种设备通常是计算机支持的，和/或包括处理器。用于生成PRN代码序列的处理器可以基于可重新配置的数字电路、例如FPGA或者具有嵌入式“embedded”FPGA的ASIC或者作为可重新配置的数字逻辑来实现。然而，用于生成PRN代码序列的处理器也可以作为固定的数字电路、例如在ASIC上实现。
除非在下面的描述中另有说明，否则术语“执行”、“计算”、“计算机支持”、“运算”、“确定”、“生成”、“配置”、“重新构建”等，优选涉及改变和/或产生数据和/或将数据转换为其它数据的操作和/或处理和/或处理步骤，其中，数据特别是可以作为物理参量(例如作为电气脉冲)示出或者存在。特别是应当尽可能宽泛地解释表述“计算机”，以便特别是覆盖具有数据处理特性的所有电子设备。因此，计算机例如可以是个人计算机、服务器、手持计算机系统、便携式PC设备、移动无线电设备和其它能够以计算机支持的方式处理数据的通信设备、处理器以及用于进行数据处理的其它电子设备。
结合本发明，“计算机支持”例如可以理解为特别是由处理器执行方法的至少一个方法步骤的方法的实现。
具体实施方式
图1示例性地示出了具有接收器RX的基本功能块的框图，天线ANT可以经由天线插口AC(Antenna Connector，天线连接器)连接到接收器RX；替换地，也可以设置内部天线。高频组件RF-FE(Radio Frequency Front End，射频前端)对天线提供的信号进行处理，例如进行滤波和/或放大，然后提供给降频转换器(Down-Converter)DC，降频转换器DC将信号与本地振荡器(Local Oscillator)LO的信号混合，即进行所谓的降频转换(downconversion)，并且提供给模拟-数字转换器AD。模拟-数字转换器AD向基带处理BB提供至少一个数字化的信号，其中，也可以提供多个信号，例如I信号(同相信号分量)和/或Q信号(正交信号分量)。
在基带处理BB内，通过代码生成器(Code-Generator)CG生成PRN代码扩频码，并且通过相关器Corr与数字化的接收信号进行相关。将由此确定的运行时间估计、例如伪距(Pseudoranges)提供给计算部件PVT，计算部件PVT根据其，例如使用最小二乘算法(Least-Square-Algorithmus)或卡尔曼滤波器，来计算例如位置、速度和时间。
接收器RX由控制器CU(control unit(控制单元))控制。控制器CU还对组件进行配置，例如以便通过改变本地振荡器LO的频率来选择频带，配置高频组件RE-FE的输入滤波器，配置模拟-数字转换器AD的带宽和采样率，或者为基带处理BB选择调制方法。计算部件PVT将计算部件PVT确定的数据提供给控制器CU。例如可以在那里对数据进行进一步处理，并且在用户界面(未示出)上输出。在一个未示出的变形方案中，组件中的一个或多个也可以向控制器CU提供状态信号。在一个具体的实现中，一般在FPGA模块或ASIC上进行基带处理BB，并且计算部件PVT的计算通常作为配置用于这些计算的CPU/处理器的软件部件来实现。在此，信号流和信号处理特别是连续地进行，也就是说，连续地对接收信号进行数字化以及处理。
“代码缓冲存储器”是信号传输单元内部的缓冲存储器。
在这种情况下，“加密”意为借助密码(kryptographischen)加密算法、例如DES、3DES、AES、加密流密码和/或加密哈希函数产生代码。加密密钥优选在发送消息和/或信号序列的发射器与接收消息或信号序列的接收器之间形成秘密。优选发射器和接收器同样知道加密函数。在此，在PRN代码生成器中，也使用加密函数和/或(加密)密钥来计算PRN代码序列的计算的部段，其在用于与复制的部段进行比较的设备中，用作与所生成的PRN代码序列进行比较的基础。
顾名思义，PRN代码是伪随机代码序列，其例如可以以加密方式(kryptographisch)在PRN代码生成器中依据加密密钥生成。
优选借助密码(kryptographischen)函数、例如加密函数、哈希函数和/或密码单向函数来进行以加密方式生成。
在此，实际上基于数字信号生成的PRN代码和/或同时计算的PRN代码的部段，优选由密码函数、例如加密函数、流密码、哈希函数或单向函数生成。例如，为了计算PRN代码和/或同时计算的PRN代码的部段，将PRN代码划分为具有预先给定的长度的部段。
PRN代码的部段也可以称为代码片段。一个部段例如可以具有4、8、16、32、64、128、256、1024、65 536、200 000、1 000 000位的长度。然后，这些部段例如可以用作计算的部段，用于完整性检查。
可以通过逐位比较来进行比较。在此，一定数量的有错误的不同的位仍然可以认为是允许的，例如0.001％、0.1％、1％、10％，和/或可以要求精确的逐位一致。然而，例如也可以通过相关来确定统计相似性参数，其中，如果所确定的相关值超过预先给定的阈值，则认为所生成的PRN代码是允许的。
为了在PRN代码生成器中生成PRN代码，例如可以使用密码函数，密码函数例如借助(加密)密钥来计算PRN代码的部段。优选密码函数同样对于发射器和接收器是已知的。
结合本发明，处理器例如可以理解为设备或电子电路。处理器特别是可以是可能与用于存储程序命令的存储器单元组合的主处理器(英语：Central Processing Unit(中央处理单元)，CPU)、微处理器或微控制器、例如专用集成电路或数字信号处理器等。处理器例如也可以是IC(集成电路，英语：Integrated Circuit)、特别是FPGA(英语：FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路，英语：Application-Specific Integrated Circuit)、DSP(数字信号处理器，英语：DigitalSignal Processor)、图形处理器GPU(Graphics Processing Unit，图形处理单元)、加密控制器(Crypto-Controller)、多芯片模块(Multi-Chip-Modul)和/或SoC(System-on-Chip，片上系统)。处理器也可以理解为虚拟处理器或软CPU。处理器例如也可以是可编程的处理器，其对可编程的处理器配备用于执行所提到的根据本发明的方法的配置步骤，或者利用配置步骤将可编程的处理器配置为，使得可编程的处理器执行或实现根据本发明的方法的特征、本发明的部件、模块或其它方面和子方面。
结合本发明，“存储器单元”例如可以理解为工作存储器(英语：Random-AccessMemory(随机存取存储器)，RAM)形式的存储器或硬盘。
结合本发明，“模块”例如可以理解为用于存储程序命令的存储器单元和/或处理器。例如，处理器专门被配置为用于执行程序命令，以便处理器执行功能，以实现根据本发明的方法或根据本发明的方法的步骤。
“信号处理单元”例如是相关器、调制器和/或混频器。
结合本发明，“相关器”例如可以理解为借助互相关来准确地确定两个信号之间的时间偏移的设备。可能的表现形式例如是数字电路、专用计算机、模拟电路或计算机程序。信号例如可以是经过技术编码的无线电信号。信号例如也可以是雷达信号、声纳信号或光信号。
“调制器”理解为对信号进行调制、即例如利用噪声信号和/或干扰信号对信号进行调制的单元。但是，原则上，其它任意的调制器、例如差模混频器(Gegentaktmischer)、环形混频器或环形调制器、变换器
Figure BDA0002902603110000082
或者诸如相加、相减、相乘、查找表等的信号连结也称为调制器。这些方法可以以电子形式实现，但是同样可以以数字形式，以数字信号处理的形式，通过数字信号处理器(简称为DSP)，或者通过可编程逻辑模块或FPGA或ASIC或信号处理集成电路上的数字信号处理装置来实现。
“PRN代码的特征”例如应当理解为如下部段、即所提到的完整性检查片段
Figure BDA0002902603110000081
例如经由计算的PRN代码的部段与产生并且复制的部段的逐位比较和/或相关，对该部段进行完整性检查。另一方面，PRN代码的特征也可以是随机数序列的平均值、方差和/或一个或多个统计特性，和/或时间离散信号的傅立叶变换(FFT)。此外，可以认为代码生成器在特定的时间形成预期的完整性检查片段，是PRN代码的特征。
“信号传输单元”例如是信号的接收器或发射器。接收器包括至少一个能够连接到天线的天线插口(Antenna Connector(天线连接器))和/或集成天线。接收器具有包括处理器的控制机构CU。在接收器中，由天线提供的信号由高频组件、射频前端或“RF-FE”例如通过滤波和/或放大进行处理，然后提供给降频转换器“DC”，降频转换器将信号与本地振荡器LO的信号混合。该过程也称为“降频转换(down conversion)”。
“ASIC”(application specific integrated circuit，专用集成电路)部分应当理解为例如安装在电路板上的专用集成电路。这些部分是固定地编程的，并且其优点在于，由于针对具体问题调整其架构，因此与功能上相同的在微控制器中通过软件的实现相比，其有效得多并且快速得多。在移动电话中，这例如具有电池持续时间更长并且设备更紧凑的优点。
根据本发明设置为，由控制单元、例如加密控制器，利用专门的密钥数据和/或专门的IV值，来对PRN代码生成器进行配置。将所生成的PRN代码写入缓冲器、即诸如双端口RAM的存储器中，从而信号处理单元，例如相关器、调制器和/或混频器，能够读取所生成的PRN代码。
在此，根据本发明，将PRN代码序列的子部段计算两次。这些子部段用作完整性检查片段。这些子部段例如由控制单元、加密控制器或第二PRN代码生成器、特别是受限制的第二PRN代码生成器来计算。
因此，可以在运行时检查所形成的、由代码生成器形成的PRN代码序列的副本，是否实际上包括完整性检查片段子部段。
可以逐位地或者例如经由相关来进行比较。可以检查相关器的输出值，输出值取决于有多少位一致。此外，可以检查代码生成器在哪个时间点形成了预期的完整性检查片段。
此外，可以对PRN代码序列进行统计检查，例如可以计算平均值或方差，或者可以进行FFT(fast Fourier transformation，快速傅里叶变换)并且与物理随机数发生器原则上已知的预期的分布进行比较。由此，可以检查所形成的PRN代码序列是否实际上具有随机数序列的统计特性。
仅当成功地检查所期望的完整性检查片段子部段在PRN代码序列中实际出现时，才提供释放信号，并且信号传输无阻碍地继续进行。
否则，不提供释放信号。在没有释放信号的情况下，例如阻止将PRN代码序列写入缓冲存储器中，阻止对缓冲存储器的读取访问，删除缓冲存储器，停止PRN代码生成器，和/或删除代码生成器的至少一个内部配置信息。此外，作为没有释放信号的结果，可以设置为，累积地或替换地向另一个部件、特别是用于监视功能失效的部件、例如篡改监视器和/或看门狗(参见https://de.wikipedia.org/wiki/Watchdog)的控制单元，提供警报信号。
可以在FPGA(参见https://de.wikipedia.org/wiki/Field-Programmable-Gate-Array)、专用集成电路“ASIC”、“嵌入式”FPGA(即嵌入ASIC中的FPGA)和/或数字信号处理器、即“DSP”或者固定的或可重新配置的数字电路上，实现代码生成器。在此，特别有利的是，代码生成器是可重新配置的，和/或在可重新配置的平台上实现。
第一处理器可以被构造为可重新配置的数字电路，例如FPGA、“嵌入式”FPGA块和/或ASIC上的可重新配置的逻辑。第二处理器可以是微控制器、加密控制器和/或CPU。
图1示出了具有按照现有技术的RX接收器1的基本功能块的框图。经由天线插口2连接天线3，天线3当然也可以设置在RX接收器1内部。在这里示出的RX接收器1中，在高频组件4“射频前端”中对天线3提供的信号进行处理，如在该框图中通过从处理器5到高频组件4的箭头所示出的。在此，处理器5是接收器的控制器或“控制单元”CU。处理例如可以包括对信号进行滤波和/或放大。将处理后的信号提供给降频转换器6，降频转换器6将信号与本地振荡器7LO的信号混合，并且提供给模拟-数字转换器8。模拟-数字转换器向基带处理器9“BB”提供至少一个数字化的信号，其中，当然也可以提供多个数字化的信号。在基带处理9内，代码生成器10依据加密密钥11生成加密PRN代码，并且相关器12与数字化的接收信号进行相关。
基带处理9BB一般在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)模块(缩写为FPGA模块)或者ASIC上实现。
基带处理BB分析表征卫星信号的值、例如卫星标识符、频带或卫星轨道数据，并且提供给控制器5。
将所确定的伪距提供给位置-速度-时间“PVT”部件，位置-速度-时间“PVT”部件根据其计算位置、速度和时间。
控制器5控制接收器，并且还配置各个模块，例如代码生成器10。控制器5还配置组件，例如以便通过改变本地振荡器7的频率来选择频带，或者配置高频组件4的输入滤波器，或者配置模拟-数字转换器的带宽和/或采样率，或者选择BB、基带处理器或者还有基带处理的调制方法。
在此，信号流动和信号处理连续地进行，即，连续地对接收信号进行数字化以及处理。
PVT计算通常在“CPU”(即处理器)上作为软件来实现。PVT单元13将所确定的PVT数据提供给控制器5，如通过相反的箭头所示出的。在那里，例如可以对其进行进一步处理，并且在用户界面(在图1中未示出)上输出。在一个未示出的变形方案中，组件中的一个或多个也可以向控制器5或控制单元5提供状态信号。
图2示出了与图1中的接收器对应地构造的发射器。数据源14提供发出的用户数据。在基带处理9内，在调制器15中对用户数据进行调制，其中，利用由代码生成器10形成的加密扩频码信号来进行扩频(Spreizung)。通过DA转换器进行数字-模拟转换，通过增频转换器(Up-Converter)1“6UC”混频至发射频率(Sendefrequenz)，最后在高频组件RF-FE中利用Power Amplifier、即功率放大器17进行功率放大和滤波。
这种发射和/或接收功能也可以集成在收发器中。
图3示出了按照现有技术的代码生成器的一个示例性的实施方式。示出了代码生成器10，其例如部分地作为数字电路在FPGA上和/或在ASIC上，并且部分地以基于软件的方式作为加密控制器(Crypto Controller)“CC”18和/或软CPU处理器来实现。在此，有利的是，由CG控制单元、例如加密控制器18存储密钥数据和/或配置数据。由此可以确定用于代码生成器的基于FPGA/ASIC的部分的配置信息。根据这里示出的现有技术，将配置信息写入寄存器19，这里作为PRN密钥20和计数器值CTR 21来实现。PRN-CG引擎22，即伪随机噪声码生成器提供单元，确定PRN代码序列，并且将其写入代码缓冲存储器23。根据信号传输单元，调制器或相关器可以从那里读出PRN代码序列。代替ASIC/FPGA模块，也可以使用任意其它合适的用于基带处理BB的实现技术，例如数字信号处理器(DSP)、网络处理器或矢量处理器。
最后，图4示出了信号传输单元的代码生成器以及用于安全的信号传输的计算机支持的方法的流程的本发明的一个示例性的实施方式。
可以看到，除了左侧的也在图3中示出的流程支线之外，还示出了右侧的从方法步骤开始减少的流程支线。在右侧示出的在图4中示出的代码生成器中的流程支线包括用于按照这里示出的本发明的示例性的实施方式的完整性检查的模块。
两个同步的(gleichgeschalteten)模块、即密钥管理(Key Management)24和PRN完整性检查数据生成器(PRN integrity check data generator)25，根据所给出的数据，在密钥管理24中，或者在缩小的范围内，特别是逐段地，在PRN完整性检查数据生成器25中，产生配置信息，一方面将配置信息写入寄存器19中，另一方面将配置信息写入模块“PRN完整性检查数据”26中，模块26可以像寄存器19一样构建并且工作。
模块26据此计算PRN完整性检查数据(PRN-Integrity-Check-Daten)，将其作为检查数据提供给“用于进行比较的设备”、特别是模块“PRN代码完整性检查”27。可以直接或经由中间步骤来进行提供。无论如何，最终至少逐部段地向模块“PRN代码完整性检查”27呈现预先计算的PRN代码。在模块“PRN代码完整性检查”27中，将预先计算的PRN代码与借助复制器31同样提供给模块“PRN代码完整性检查”27的实际代码进行比较。
在模块“PRN代码完整性检查”27中，针对完全一致或(在预先给定的范围内)部分一致，例如将PRN代码的一个特征或多个特征与所复制的PRN代码进行比较。
在模块“PRN代码完整性检查”27中对比较结果进行处理并且转发到控制器，然后，在检查结果被评估为不足够一致的比较结果的情况下，控制器额外地或替换地激活不同的方法步骤。
根据对比较结果的评估，模块“PRN代码完整性检查”27的控制可以是：
-通过命令28“ERASE(擦除)”完全或部分删除寄存器19中的信息，使得无法读取寄存器19中的信息和/或覆盖寄存器19中的信息，和/或
-通过命令29“STOP(停止)”停止PRN-CG引擎22中的PRN代码序列的确定，和/或
-向加密控制器18转发信号30“ALARM(警报)”，和/或
通过命令32“DISABLE READ(禁止读取)”使得代码缓冲存储器23的内容部分或完全无法读取。例如作为阻止功能来执行“DISABLE READ”功能。在此，阻止功能例如可以包含对到缓冲存储器中的写过程的阻止和/或对另一个部件读取访问的阻止。特别是，可以作为利用替代数据来覆盖PRN代码的覆盖功能来执行阻止功能，例如覆盖功能包括利用零值和/或替代PRN代码、例如确定地生成的、即以非加密方式生成的PRN代码进行覆盖，和/或用利用替代密钥和/或替代初始数据生成的加密的替代PRN代码进行覆盖。
在此，通过STOP命令29激活的功能例如可以在PRN代码生成器中中断PVT数据的生成，和/或用信号通知完整性检查的进行为否定的。可以对警报信号做出进一步的或其它的反应，例如删除(替换)密钥PRN-Key、用替代值替换密钥PRN-Key和/或计数器值CTR、或者用替代PRN代码序列替换PRN代码序列(未示出)。然后，在此，代替正确的代码序列，提供绝对错误的PRN代码序列。由此，总是提供PRN代码序列，但是该PRN代码序列或者被检查为是正确的，或者被定义为预先给定的无效的替代PRN代码序列。由此实现不输出仅部分正确的劣化的PRN代码序列。由此，一旦检测到所生成的无效的PRN代码序列，则可以强制执行例如卫星导航接收器的唯一的错误行为。
按照具有PRN代码生成器的信号和/或数据传输单元的一个有利的实施方式设置为，在用于进行比较的设备中，将至少一个计算的部段与实际生成的PRN代码序列进行比较，使得计算的部段在预先给定的时间间隔内包含在实际生成的PRN代码序列中。
用于完整性检查的模块“PRN代码完整性检查”27(例如在预先给定的时间片段内)比较一个或多个计算的部段是否包含在实际生成的PRN代码的副本中。
图4示出了按照本发明的一个实施方式的代码生成器的一个实现变形方案。为此，CG控制单元例如逐部段地计算PRN完整性检查数据。为此，预先计算PRN代码的部段或者片段。可以直接作为检查数据来提供这些部段或者片段，或者在评估检查结果时，在一定程度上改变的信息(例如0.001％、0.1％、1％、10％的位有错误)仍然可以作为符合要求或没有形成偏差而被接受。也可以提供其它信息，例如阈值和/或检查时间点。也可以监视偏差存在了多长时间。因此，当偏差存在了长于预先给定的持续时间(例如1微秒、1毫秒、100毫秒、1秒、10秒)时，才可以识别出偏差。
在第一处理器、即例如作为ASIC/FPGA实现的代码生成器10的部分中，在复制器31中复制在PRN CG引擎22中实际生成的PRN代码序列，并且提供给PRN代码完整性检查单元、即模块“PRN代码完整性检查”27。PRN代码完整性检查单元确定实际生成的PRN代码序列是否满足通过模块“PRN完整性检查数据”26中的PRN完整性检查数据定义的检查标准。
在图4中示出的示例中，直接由PRN代码完整性检查单元、即模块“PRN代码完整性检查”27进行检查。在完整性检查的结果被分类为“偏差”的情况下，模块“PRN代码完整性检查”27例如向其它模块或部件提供以下信号：
-称为“DISABLE READ”的命令32阻止对代码缓冲存储器23的读取访问，
-“STOP”命令29停止PRN引擎22，
-“ERASE”命令删除当前的PRN CG配置，以及最后
-CG控制单元、加密控制器18响应于模块“PRN代码完整性检查”27的对应的信号，提供警报信号。
在本发明的另一个实施方式中，例如也可以由对应的PRN代码完整性检查单元来确定检查数据，并且传输到CG控制单元，以进行分析。
本发明的优点在于，能够确保PRN代码序列实际上是所期望的PRN代码序列。如果代码生成器本身是可重新配置的，和/或如果代码生成器在可重新配置的硬件平台、例如FPGA、ASIC上的嵌入式FPGA、ASIC或FPGA上的微编码状态机(microcoded state machine)上实现，则这是特别有利的。
由此避免功能失效、使用错误地配置的可重新配置的代码生成器、代码生成器的滥用和/或逆向工程，或者使其显著变难。
通过本发明，首次可以使得加密算法的实现的自测变得多余，由此可以在没有延迟、但是仍然有自测的情况下进行数据传输。通过本发明，可以识别出代码生成器何时未正常工作或被操纵。
本发明可以用于例如针对导航系统的单向和双向信号传输，但是也可以用于所有类型的加密和所有加密设备。
附图标记列表
1–RX接收器
2–天线插口(Antenna Connector，AC)
3–天线(ANT)
4–高频组件RF–FE
5–控制器，处理器
6–降频转换器DC
7–本地振荡器LO
8–模拟-数字转换器AD
9–基带处理BB
10–代码生成器CG
11–加密密钥KEY
12–相关器Corr
13–位置-速度-时间部件“PVT”
14–数据源
15–调制器
16–增频转换器UC
17–功率放大器
18–加密控制器
19–寄存器
20–PRN密钥
21–计数器值CTR
22–PRN-CG引擎
23–代码缓冲存储器
24–密钥管理
25–PRN完整性检查数据生成器
26–PRN完整性检查数据
27–PRN代码完整性检查
28–命令ERASE
29–命令STOP
30–信号ALARM
31–复制器
32–命令DISABLE READ

Claims (16)

1.一种具有伪随机噪声PRN代码生成器的加密单元系统，所述伪随机噪声PRN代码生成器能够在发射器和/或接收器单元的基带处理内或者在加密/解密单元中使用，使得在将加密PRN代码写入伪随机噪声缓冲存储器之前，在PRN代码生成器中，依据加密密钥生成加密PRN代码，调制单元、解调单元、相关器单元、加密单元和/或解密单元能够从所述伪随机噪声缓冲存储器中读取加密PRN代码，其中，PRN代码生成器包括至少一个第一处理器，并且另一方面包括至少一个第二处理器，所述第一处理器利用加密密钥根据初始数据生成PRN代码，其中，所述第二处理器基于相同的加密密钥和相同的初始数据，通过计算生成用于完整性检查的PRN代码的部段，使得在PRN代码生成器内，并且在将PRN代码临时存储在缓冲存储器中之前，设置至少一个用于进行比较的设备，用于将第一处理器加密生成的PRN代码序列中的至少一个复制的部段，与第二处理器计算的部段中的至少一个部段进行比较，其中，在用于进行比较的设备中，能够激活阻止功能、停止功能和/或警报功能，能够依据至少一个通过复制获得的部段与至少一个计算的部段的预先给定的一致程度，来触发所述阻止功能、停止功能和/或警报功能。
2.根据权利要求1所述的加密单元系统，所述加密单元系统被设计为用于单向信号传输。
3.根据权利要求1所述加密单元系统，所述加密单元系统被设计为用于双向数据传输。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加密单元系统，其中，完全或部分以能够重新配置的硬件平台、传输单元的ASIC/FPGA部分的形式，来实现代码生成器、所述第一处理器和/或所述第二处理器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的加密单元系统，其中，完全或部分以基于软件的方式，来实现代码生成器、所述第一处理器和/或所述第二处理器。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的加密单元系统，其中，所述警报功能阻止对代码缓冲存储器的读取访问。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的加密单元系统，其中，所述停止功能停止所述第一处理器。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的加密单元系统，其中，所述停止功能以擦除部件的形式来实现。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的加密单元系统，其中，设置为，作为用于进行比较的设备(27)的警报功能，提供警报信号。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的加密单元系统，其中，设置为，在用于进行比较的设备中设置有存储器，在所述存储器中能够存储所确定的进行比较的检查数据，以进行分析。
11.一种用于借助伪随机噪声PRN代码生成器内的完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，其包括以下方法步骤：
-提供用于基带处理的数字信号
-依据加密密钥在PRN代码生成器中生成PRN代码
-还依据相同的加密密钥，通过PRN代码生成器同时至少预先计算代码序列的部段
-在将所生成的PRN代码暂存在PRN代码生成器的代码缓冲存储器中之前，复制所生成的PRN代码
-作为对PRN代码的完整性检查，将副本或副本的部段与计算的PRN代码部段进行比较，
-对比较结果进行分析，其结果是，将存储在PRN代码生成器中的PRN代码无阻碍地存储在代码缓冲存储器中并且转发，以在相关器中进行相关，或者
-ALARM命令(30)、ERASE命令(28)和/或DISABLE READ命令(32)和/或STOP命令(29)中断信号传输。
12.根据权利要求11所述的用于借助伪随机噪声PRN代码生成器内的完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，其中，在预先给定的时间段内，将通过同时预先计算确定的代码序列的至少一个部段与复制的部段进行比较。
13.根据权利要求11或12所述的用于借助伪随机噪声PRN代码生成器内的完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，其中，作为完整性检查的结果的停止功能和/或报警功能的触发，与预先给定的阈值耦合。
14.根据权利要求13所述的用于借助伪随机噪声PRN代码生成器内的完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，其中，作为完整性检查的结果的停止功能和/或报警功能的触发，与在预先给定的时间段内超过预先给定的阈值耦合。
15.根据权利要求11或12所述的用于借助伪随机噪声PRN代码生成器内的完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，其中，在不一致的情况下，触发停止代码生成的停止功能。
16.根据权利要求11或12所述的用于借助伪随机噪声PRN代码生成器内的完整性检查来进行安全的信号传输的计算机支持的方法，所述方法用于加密的单向或双向数据传输。
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