CN113709172B - 一种sdh超帧结构及其纠错方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种SDH超帧结构，所述SDH超帧结构由8个连续帧的固定时隙为m的字节组成，所述固定时隙是包括SOH及由管理单元指针确定的POH或载荷数据中的某个指定时隙，所述SDH超帧结构包括：超帧属性字段，用于承载超帧属性的内容；密钥初始向量字段，用于承载传输加解密所使用模式中的密钥初始向量的内容；随路信令字段，用于承载发送方和接收方双方信令透明传递的内容。本发明无需使用多个时隙，仅使用一个时隙/帧，通过多个数据帧组成一个超帧来同时传输随路信令、密钥和明密文标识及密钥标识，大大节省时隙资源。

Description

一种SDH超帧结构及其纠错方法
技术领域
本申请涉及通信安全领域，尤其涉及一种SDH超帧结构及其纠错方法。
背景技术
SDH是通信网中一个重要的传输技术，SDH传输设备既是骨干网的一部分，同时也是接入网的一种重要手段，特别是专线传输领域，利用其稳定、可靠及固定小延时的特点被广泛应用。
SDH是由8000帧/s数据组成的同步传输网络，根据不同传输速率分为STM-1、STM-4、STM-16等等。在传输速率确定的情况下，SDH每帧由固定数量的时隙组成，每时隙64Kbit/s，即：8bit*8000帧/s＝64Kbps。
为了实现远程传输网的安全传输，一般会对SDH的传输内容进行加密，即发端对载荷数据进行加密，收端对加密数据进行解密，以保证数据传输中的私密性，防止网络窃听和非法获取传输内容。
除使用固定不变密钥的简单内容加密方式外，大多内容加密需要发送-接收两端协调加密的信息及交互各自的状态，一般使用备用的时隙进行这些内容的传送，如：不同的时隙传输不同的交互内容。但多个时隙的使用会占用更多的传输资源。
发明内容
为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种SDH超帧结构及其纠错方法。
本发明实施例第一方面提供了一种SDH超帧结构，所述SDH超帧结构由8个连续帧的固定时隙为m的字节组成，所述固定时隙是包括SOH及由管理单元指针确定的POH或载荷数据中的某个指定时隙，所述SDH超帧结构包括：
超帧属性字段，用于承载超帧属性的内容；
密钥初始向量字段，用于承载传输加解密所使用模式中的密钥初始向量的内容；
随路信令字段，用于承载发送方和接收方双方信令透明传递的内容。
优选地，所述8个连续帧的第0帧中第m时隙的字节为超帧属性字段；第1帧至第4帧中第m时隙的字节组成密钥初始向量字段；第5帧至第7帧中第m时隙的字节组成随路信令字段。
优选地，所述超帧属性字段包括：
帧号值，用于标识数据帧在超帧中的位置，内容为0至7；
密码属性，包含加密标识、密钥标识和校验位，其中：加密标识为0时，表示明文传输；加密标识为1时，表示密文传输；密钥标识为0时，表示使用A组密钥；密钥标识为1时，表示使用B组密钥；校验位为加密标识和密钥标识的偶校验。
优选地，所述超帧属性字段长度为1字节，共8比特，其中：帧号值占用高3比特，密码属性占用低5比特，所述密码属性中，两个内容重复的加密标识分别占用1比特，两个内容重复的密钥标识分别占用1比特，校验位占用1比特。
优选地，所述密钥初始向量字段长度为4字节，包括32比特，有效值为0～232-1。
优选地，所述随路信令字段的长度为3字节，速率为24Kb/s。
优选地，所述SDH超帧结构的周期为1ms，可承载8字节信息，数据速率为64Kb/s。
本发明实施例第二方面提供了一种本发明实施例第一方面所述的SDH超帧结构中帧号值的纠错方法，所述方法包括：
当超帧结构的上一个帧的帧号值为i时，若当前帧的帧号值不是i+1mod 8，则将当前帧的帧号值纠正为i+1mod 8。
本发明实施例第三方面提供了一种本发明实施例第一方面所述的SDH超帧结构中密钥初始向量的纠错方法，所述方法包括：
当超帧结构的上一个超帧结构的密钥初始向量字段的值为j，若当前超帧结构的序号不是j+△mod 232，则将当前超帧结构的超帧属性字段中的超帧号纠正为j+△mod 232，其中，△为约定的正整数值。
本发明实施例第四方面提供了一种本发明实施例第一方面所述的SDH超帧结构中密码属性的纠错方法，发送端的2个比特相同的加密标识，占5比特密码属性的低2位；2个比特相同的密钥标识，占5比特密码属性的中间2位；1个比特的校验值，占5比特密码属性的最高位；当加密标识和密钥标识值相同时，校验位为0，当加密标识和密钥标识不同时，校验位为1，则发送端的2个比特加密标识、2个比特密钥标识和1个比特校验位所组成的5比特数值结果为：
“明文，A密钥”对应密码属性值为0，二进制表示为00000b；
“明文，B密钥”对应密码属性值为28，二进制表示为11100b；
“密文，A密钥”对应密码属性值为19，二进制表示为10011b；
“密文，B密钥”对应密码属性值为15，二进制表示为01111b；
接收端的密码属性包括2比特加密标识、2比特密钥标识和1比特偶校验位所组成的5比特数值结果为：
密码属性值为{0，1，2，4，8，16}时，判定为“明文，A密钥”；
密码属性值为{12，20，24，28，29，30}时，判定为“明文，B密钥”；
密码属性值为{3，17，18，19，23，27}时，判定为“密文，A密钥”；
密码属性值为{7，11，13，14，15，31}时，判定为“密文，B密钥”；
密码属性值为{5，6，9，10，21，22，25，26}时，密码属性不变，即：加密标识及密钥标识与前一超帧结构内容一致。
本发明的有益效果如下：本发明无需使用多个时隙，仅使用一个时隙/帧，通过多个数据帧组成一个超帧来同时传输随路信令、密钥和明密文标识及密钥标识，大大节省时隙资源。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1所述的SDH超帧结构的示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示，本实施例提出了一种SDH超帧结构，所述SDH超帧结构由8个连续帧的固定时隙为m的字节组成，所述固定时隙是包括SOH及由管理单元指针确定的POH或载荷数据中的某个指定时隙，所述SDH超帧结构包括：
超帧属性字段，用于承载超帧属性的内容；
密钥初始向量字段，用于承载传输加解密所使用模式中的密钥初始向量的内容；
随路信令字段，用于承载发送方和接收方双方信令透明传递的内容。
具体的，本实施例中，所述SDH超帧结构的固定时隙为管理单元指针确定的第一个VC4中POH-F2字节组成。
初始状态下，发送端可以指定任意帧作为超帧的起始帧(0帧)，随后的帧按序分别为1帧，2帧，…，7帧，共8帧；8个连续的帧组成一个超帧；后续周而复始地循环，每8帧组成一个超帧。
连续8帧中每帧的第m时隙所组成的8个时隙，内容为8个字节，组成一个超帧结构，超帧周期为1mS，即：1000超帧/s，该结构的数据速率为：8*8000＝64Kb/s。
其中，本实施例所提出的超帧结构由8字节组成，分别定义为：
第0字节B0：SFP(Super Frame Porperty)字段，超帧属性字段，承载超帧的两种内容。包括帧号值及密码属性，长度1字节；
第1-4字节(B1-B4)：IV字段，密钥初始向量字段，承载密钥初始向量的内容，长度4字节；
第5-7字节(B5-B7)：CAS字段，随路信令字段，承载随路信令的内容，长度3字节。
本实施例中超帧承载内容如下表所示：
Figure BDA0003242526750000051
其中，B0承载的SFP字段1字节，8比特，分为FC和KP两部分，如下表所示：
Figure BDA0003242526750000052
FC(Frame Counter)为帧号值，分别标识本帧在超帧中的位置，内容为0-7；
KP(Key Property):密码属性，分别包含加密标识(M/C)2比特、密钥标识(A/B)2比特及校验位(OP)1比特，其中M/C和A/B比特的传输均采用2bit重复的方式，以便接收方进行纠错。接收方采用具有1比特纠错和2比特错误发现的纠错编码。以抗击用于传输错码造成的加解密错误。
具体规定为：
M/C＝0表示明文传输；M/C＝1表示密文传输；
A/B＝0表示使用A组密钥，A/B＝1表示使用B组密钥，用于更换密钥；
OP为校验位，内容为M/C及A/B两位的偶校验，即：
A/B M/C OP
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
IV字段：4字节，32bit，如下表所示：
Figure BDA0003242526750000061
该IV字段用于传输加解密所使用的CBC、OFB、OB等模式中的初始向量值，有效值为0～232-1。
随路信令CAS(Channel Associated Signaling)字段为3字节/超帧，用于发送-接收双方信令透明传递，速率为24bit/1mS，即：24Kb/s。24Kbps速率的随路信令，对于低速的数据交互通道，具有透明传输的功能，为传输双方的密钥钥协商、状态查询、命令及相应等管理内容提供了方便。
其中，密码属性KP及IV均表示下一超帧的实际使用值，即前一超帧通知，本超帧使用。本实施例KP及IV采用前一超帧传送，本超帧使用的提前通知方式，避免了本超帧必须缓存再处理的弊端，更适合于流水处理模式，减少缓存的同时，也减少了传输延时。
实施例2
本实施例提出了一种SDH超帧结构的纠错方法，其中SDH超帧结构可参照实施例1所记载的内容，在此不再进行赘述。当出现误码导致帧计数器数值顺序出现跳跃的情况。本实施例针对于此提出了一种纠错方法，该方法包括：
当超帧结构的上一个帧的帧号值为i时，若当前帧的帧号值不是i+1mod 8，则将当前帧的帧号值纠正为i+1mod 8。
本实施例利用前一帧的记忆(历史值)，同时利用帧计数器(FC)的循环单向递增的特性进行纠错，节省了冗余传输比特，提高传输效率。
实施例3
本实施例提出了一种SDH超帧结构的纠错方法，其中SDH超帧结构可参照实施例1所记载的内容，在此不再进行赘述。当存在多个超帧连续的情况时，IV按照预先规定步进值△增加，即：每一个超帧的IV为前一个超帧的值增加△后的结果。在这种情况下如果在IV字段中出现误码，导致顺序出现跳跃的情况。本实施例针对于此提出了一种纠错方法，该方法包括：
当超帧结构的上一个超帧结构的密钥初始向量字段的值为j，若当前超帧结构的序号不是j+△mod 232，则将当前超帧结构的超帧属性字段中的超帧号纠正为j+△mod 232，其中，△为约定的正整数值。
本实施例利用前一超帧的记忆(历史值)，利用加密初始向量(IV)的循环单向递增的特性进行纠错，节省了冗余传输比特，提高传输效率。
实施例4
本实施例提出了一种SDH超帧结构的纠错方法，其中SDH超帧结构可参照实施例1所记载的内容，在此不再进行赘述。发送端的2比特加密标识相同、2比特密钥标识相同，且当加密标识和密钥标识相同时，校验位为0，当加密标识和密钥标识不同时，校验位为1，则发送端的2比特加密标识、2比特密钥标识和校验位所组成的5比特b4b3b2b1b0组成密码属性结果为：
Figure BDA0003242526750000071
Figure BDA0003242526750000081
接收端的密码属性值b4b3b2b1b0五个比特的可能的数值为0-31，按照1比特误码纠错、2比特误码发现的原则，规定最终结果为：
判断结果 密文密钥值
明文，A密钥 0，1，2，4，8，16，
明文，B密钥 12，20，24，28，29，30
A密钥加密密文 3，17，18，19，23，27
B密钥加密密文 7，11，13，14，15，31
不变，同前一超帧 5，6，9，10，21，22，25，26
即：
当b4b3b2b1b0组成的5比特数值等于{0，1，2，4，8，16}时，判定为“明文，A密钥”；
当b4b3b2b1b0组成的5比特数值等于{12，20，24，28，29，30}时，判定为“明文，B密钥”；
当b4b3b2b1b0组成的5比特数值等于{3，17，18，19，23，27}时，判定为“密文，A密钥”；
当b4b3b2b1b0组成的5比特数值等于{7，11，13，14，15，31}时，判定为“密文，B密钥”；
当b4b3b2b1b0组成的5比特数值等于{5，6，9，10，21，22，25，26}时，判定为不变，即；明文/密文及密钥A/密钥B与前一超帧相应内容一致，维持不变化。
该实例的好处是，发端根据密钥A/密钥B及明文0/密文1填写KP[4:0]的数值，分别发送0，28，19及15四种数值中的一种，接收端根据接收结果通过查表可确定发端的数值。不用再进行复杂的纠错码计算和判决，该发送码与接收判决可实现1bit误码纠错和2bit误码发现的最佳编码，实现简单。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种SDH超帧结构中帧号值的纠错方法，其特征在于，所述SDH超帧结构由8个连续帧的固定时隙为m的字节组成，所述固定时隙是包括SOH及由管理单元指针确定的POH或载荷数据中的某个指定时隙，所述SDH超帧结构包括：
超帧属性字段，用于承载超帧属性的内容；
密钥初始向量字段，用于承载传输加解密所使用模式中的密钥初始向量的内容；
随路信令字段，用于承载发送方和接收方双方信令透明传递的内容；
所述超帧属性字段包括：
帧号值，用于标识数据帧在超帧中的位置，内容为0至7；
密码属性，包含加密标识、密钥标识和校验位，其中：加密标识为0时，表示明文传输；加密标识为1时，表示密文传输；密钥标识为0时，表示使用A组密钥；密钥标识为1时，表示使用B组密钥；校验位为加密标识和密钥标识的偶校验；
所述纠错方法包括：
当超帧结构的上一个帧的帧号值为i时，若当前帧的帧号值不是i+1mod 8，则将当前帧的帧号值纠正为i+1mod 8。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述8个连续帧的第0帧中第m时隙的字节为超帧属性字段；第1帧至第4帧中第m时隙的字节组成密钥初始向量字段；第5帧至第7帧中第m时隙的字节组成随路信令字段。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超帧属性字段长度为1字节，共8比特，其中：帧号值占用高3比特，密码属性占用低5比特，所述密码属性中，两个内容重复的加密标识分别占用2比特，两个内容重复的密钥标识分别占用2比特，校验位占用1比特；
所述密钥初始向量字段长度为4字节，包括32比特，有效值为0～232-1；
所述随路信令字段的长度为3字节，速率为24Kb/s；
所述SDH超帧结构的周期为1ms，可承载8字节信息，数据速率为64Kb/s。
4.一种SDH超帧结构中密钥初始向量的纠错方法，其特征在于，所述SDH超帧结构由8个连续帧的固定时隙为m的字节组成，所述固定时隙是包括SOH及由管理单元指针确定的POH或载荷数据中的某个指定时隙，所述SDH超帧结构包括：
超帧属性字段，用于承载超帧属性的内容；
密钥初始向量字段，用于承载传输加解密所使用模式中的密钥初始向量的内容；
随路信令字段，用于承载发送方和接收方双方信令透明传递的内容；
所述纠错方法包括：
当超帧结构的上一个超帧结构的密钥初始向量字段的值为j，若当前超帧结构的序号不是j+△mod 232，则将当前超帧结构的超帧属性字段中的超帧号纠正为j+△mod 232，其中，△为约定的正整数值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述8个连续帧的第0帧中第m时隙的字节为超帧属性字段；第1帧至第4帧中第m时隙的字节组成密钥初始向量字段；第5帧至第7帧中第m时隙的字节组成随路信令字段。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述超帧属性字段包括：
帧号值，用于标识数据帧在超帧中的位置，内容为0至7；
密码属性，包含加密标识、密钥标识和校验位，其中：加密标识为0时，表示明文传输；加密标识为1时，表示密文传输；密钥标识为0时，表示使用A组密钥；密钥标识为1时，表示使用B组密钥；校验位为加密标识和密钥标识的偶校验。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述超帧属性字段长度为1字节，共8比特，其中：帧号值占用高3比特，密码属性占用低5比特，所述密码属性中，两个内容重复的加密标识分别占用2比特，两个内容重复的密钥标识分别占用2比特，校验位占用1比特；
所述密钥初始向量字段长度为4字节，包括32比特，有效值为0～232-1；
所述随路信令字段的长度为3字节，速率为24Kb/s；
所述SDH超帧结构的周期为1ms，可承载8字节信息，数据速率为64Kb/s。
8.一种SDH超帧结构中密码属性的纠错方法，其特征在于，所述SDH超帧结构由8个连续帧的固定时隙为m的字节组成，所述固定时隙是包括SOH及由管理单元指针确定的POH或载荷数据中的某个指定时隙，所述SDH超帧结构包括：
超帧属性字段，用于承载超帧属性的内容；
密钥初始向量字段，用于承载传输加解密所使用模式中的密钥初始向量的内容；
随路信令字段，用于承载发送方和接收方双方信令透明传递的内容；
所述超帧属性字段包括：
帧号值，用于标识数据帧在超帧中的位置，内容为0至7；
密码属性，包含加密标识、密钥标识和校验位，其中：加密标识为0时，表示明文传输；加密标识为1时，表示密文传输；密钥标识为0时，表示使用A组密钥；密钥标识为1时，表示使用B组密钥；校验位为加密标识和密钥标识的偶校验；
所述超帧属性字段长度为1字节，共8比特，其中：帧号值占用高3比特，密码属性占用低5比特，所述密码属性中，两个内容重复的加密标识分别占用2比特，两个内容重复的密钥标识分别占用2比特，校验位占用1比特；
所述纠错方法包括：
发送端的2个比特相同的加密标识，占5比特密码属性的低2位；2个比特相同的密钥标识，占5比特密码属性的中间2位；1个比特的校验值，占5比特密码属性的最高位；当加密标识和密钥标识值相同时，校验位为0，当加密标识和密钥标识不同时，校验位为1，则发送端的2个比特加密标识、2个比特密钥标识和1个比特校验位所组成的5比特数值结果为：
“明文，A密钥”对应密码属性值为0，二进制表示为00000b；
“明文，B密钥”对应密码属性值为28，二进制表示为11100b；
“密文，A密钥”对应密码属性值为19，二进制表示为10011b；
“密文，B密钥”对应密码属性值为15，二进制表示为01111b；
接收端的密码属性包括2比特加密标识、2比特密钥标识和1比特偶校验位所组成的5比特数值结果为：
密码属性值为{0，1，2，4，8，16}时，判定为“明文，A密钥”；
密码属性值为{12，20，24，28，29，30}时，判定为“明文，B密钥”；
密码属性值为{3，17，18，19，23，27}时，判定为“密文，A密钥”；
密码属性值为{7，11，13，14，15，31}时，判定为“密文，B密钥”；
密码属性值为{5，6，9，10，21，22，25，26}时，密码属性不变，即：加密标识及密钥标识与前一超帧结构内容一致。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述8个连续帧的第0帧中第m时隙的字节为超帧属性字段；第1帧至第4帧中第m时隙的字节组成密钥初始向量字段；第5帧至第7帧中第m时隙的字节组成随路信令字段。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述超帧属性字段长度为1字节，共8比特，其中：帧号值占用高3比特，密码属性占用低5比特，所述密码属性中，两个内容重复的加密标识分别占用2比特，两个内容重复的密钥标识分别占用2比特，校验位占用1比特；
所述密钥初始向量字段长度为4字节，包括32比特，有效值为0～232-1；
所述随路信令字段的长度为3字节，速率为24Kb/s；
所述SDH超帧结构的周期为1ms，可承载8字节信息，数据速率为64Kb/s。
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