CN115174253A - 一种ads_b系统数据加密方法 - Google Patents

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马睿
史晓明
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Abstract

本发明涉及一种ADS_B系统数据加密方法，属于通信安全领域。本发明航管中心使用随机数发生器产生随机数作为根密钥，飞机起飞前，航管中心为飞机分发根密钥，在一个时间周期内，每架飞机的根密钥相同；发方飞机将根密钥与飞行日期输入密钥生成器进行处理，即首先把根密钥与飞行日期拼接，然后对拼接值进行散列计算得到密钥K；发方飞机将密钥K和ADS_B报文的明文数据输入密码处理器，得到密文数据；发方飞机将密文数据和CRC校验码组成广播信息发送出去；收方飞机使用对应的方法解密。本发明的加密方案可有效实现ADS_B系统中广播信息的保密传输。

Description

一种ADS_B系统数据加密方法
技术领域
本发明属于通信安全领域，具体涉及一种ADS_B系统数据加密方法。
背景技术
广播式自动相关监视系统(以下简称ADS_B系统，Automatic DependentSurveillance-Broadcast)为基于1090ES数据链S模式应答机的新一代空管监视系统，即无需人工操作或者询问，飞机可以自动地从相关机载设备获取参数，并向其他飞机和地面站广播，以供管制员对飞机状态进行监控。
一个航管中心管辖范围内部署若干ADS_B地面站，每个地面站可接受一定无线区域范围内飞机的广播，每架飞架上装有ADS_B机载收发设备，用于发送广播信息以及接收其他飞机的广播信息。ADS_B地面站将收到的广播信息发送给航管中心。ADS_B系统的部署示意图如图1所示。
目前，ADS_B系统通过公开的无线信道进行广播，信息没有被保护，攻击者能够任意地窃听、截取、篡改或重放信息。例如，可接收飞机的广播信息，获取飞机的飞行参数等关键信息。特别是军用飞机，一旦关键信息被恶意方获取或者真实身份被识别跟踪，可能会带来大范围严重的破坏，因此，ADS_B系统的通信保密是亟需解决的安全问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种ADS_B系统数据加密方法，以解决ADS_B系统通过公开的无线信道进行广播，信息没有被保护的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种ADS_B系统数据加密方法，该方法包括如下步骤：
S1、预备条件
航管中心使用随机数发生器产生随机数作为根密钥，飞机起飞前，航管中心为飞机分发根密钥，在一个时间周期内，每架飞机的根密钥相同；
S2、发方飞机加密
S21、发方飞机将根密钥与飞行日期输入密钥生成器进行处理，即首先把根密钥与飞行日期拼接，然后对拼接值进行散列计算得到密钥K；
S22、发方飞机将密钥K和ADS_B报文的明文数据输入密码处理器，得到密文数据；
S23、发方飞机对密文数据计算CRC校验码；
S24、发方飞机将密文数据和CRC校验码组成广播信息发送出去；
S3、收方飞机解密
S31、收方飞机接收广播信息，并进行CRC校验，如果不正确则舍弃该信息，正确则进行下一步；
S32、收方飞机将根密钥与飞行日期输入密钥生成器进行处理，即首先把根密钥与飞行日期拼接，然后对拼接值进行散列计算得到密钥K；
S33、收方飞机将密钥K和密文数据输入密码处理器，得到明文数据。
进一步地，所述步骤S1中，一个时间周期为一个月、半年或一年。
进一步地，所述步骤S1中，下个时间周期开始，航管中心使用随机数发生器重新生成随机数作为新的根密钥，分发给各飞机，覆盖上个根密钥。
进一步地，所述航管中心通过ADS_B地面站连接飞机的ADS_B机载收发设备。
进一步地，所述步骤S21和S32中，飞行日期为年/月/日格式。
进一步地，所述步骤S21和S32中，根密钥与飞行日期拼接时均使用二进制表示。
进一步地，ADS_B报文的明文数据为ADS_B报文中的地址AA字段和应答消息ME字段的明文数据。
进一步地，ADS_B报文为ADS_B系统的DF19报文格式。
进一步地，密钥生成器中使用单向散列函数。
进一步地，密码处理器中使用对称体制密码算法。
(三)有益效果
本发明提出一种ADS_B系统数据加密方法，本发明的加密方案可有效实现ADS_B系统中广播信息的保密传输，有益效果如下：
一是通过为飞机预置根密钥，可证实飞机身份的合法性和真实性，不会为假冒飞机预置相同的根密钥。二是根密钥可按照一定时间周期进行更换，保证了根密钥的不可预测性。三是密钥K动态变化，由于日期作为密钥K生成的一部分参数，日期在变化，生成的密钥K也相应地动态变化，确保了密钥K每日更新。四是密钥生成器使用了单向散列函数，单向散列函数的特点是具有不可碰撞性，即不同的输入对应不同的输出，因此，每天的密钥K均不相同，不会发生密钥重复使用的现象。
附图说明
图1为ADS_B系统部署示意图；
图2为本发明的ADS_B数据加解密流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
根据国际民航组织颁发的ADS_B技术标准要求，ADS_B广播报文根据不同的格式可分为DF17报文、DF18报文和DF19报文，其中DF17和DF18报文格式已定义，DF19报文格式尚未定义，各个国家可自行对数据进行加解密，用于信息的保密广播。目前我国尚未有对DF19报文进行加解密的指导性文件或技术标准。
ADS_B报文总长112位，DF字段(5位)表示广播报文格式，CA字段(3位)表示信号发射机能力，AA字段(24位)表示S模式应答机的全球唯一地址码，ME字段(56位)表示当前飞机位置、速度等信息，即ADS_B报文所需传递的关键信息，PI字段(24位)用于对报文的校验。
表1ADS_B消息内容
Figure BDA0003754130660000031
立足于非作战任务如军事训练、抢险救灾、沿海巡航等任务，在执行上述任务的飞机上使用ADS_B系统，利用DF19报文格式对空管监视数据的关键信息进行保密传输，从而有效屏蔽恶意者的追踪、窃听或破坏。
本发明的ADS_B系统数据加密方法包括如下步骤：
S1、预备条件
航管中心使用随机数发生器产生随机数作为根密钥，飞机起飞前，航管中心为飞机分发根密钥，在一个时间周期内，每架飞机的根密钥相同；
S2、发方飞机加密
S21、发方飞机将根密钥与飞行日期输入密钥生成器进行处理，即首先把根密钥与飞行日期拼接，然后对拼接值进行散列计算得到密钥K；
S22、发方飞机将密钥K和ADS_B报文的明文数据输入密码处理器，得到密文数据；
S23、发方飞机对密文数据计算CRC校验码；
S24、发方飞机将密文数据和CRC校验码组成广播信息发送出去；
S3、收方飞机解密
S31、收方飞机接收广播信息，并进行CRC校验，如果不正确则舍弃该信息，正确则进行下一步；
S32、收方飞机将根密钥与飞行日期输入密钥生成器进行处理，即首先把根密钥与飞行日期拼接，然后对拼接值进行散列计算得到密钥K；
S33、收方飞机将密钥K和密文数据输入密码处理器，得到明文数据。
进一步地，所述步骤S1中，一个时间周期为一个月、半年或一年。
进一步地，所述步骤S1中，下个时间周期开始，航管中心使用随机数发生器重新生成随机数作为新的根密钥，分发给各飞机，覆盖上个根密钥。
进一步地，所述航管中心通过ADS_B地面站连接飞机的ADS_B机载收发设备。
进一步地，所述步骤S21和S32中，飞行日期为年/月/日格式。
进一步地，所述步骤S21和S32中，根密钥与飞行日期拼接时均使用二进制表示。
进一步地，ADS_B报文的明文数据为ADS_B报文中的地址AA字段和应答消息ME字段的明文数据。
进一步地，ADS_B报文为ADS_B系统的DF19报文格式。
进一步地，密钥生成器中使用单向散列函数。
进一步地，密码处理器中使用对称体制密码算法。
实施例1
飞机使用ADS_B系统的DF19报文格式，对地址AA字段和应答消息ME字段的明文数据进行加密后广播，数据加解密流程示意图如图2所示。
密钥生成器中使用单向散列函数，密码处理器中使用对称体制密码算法。
本发明的ADS_B系统数据加密方法包括如下步骤：
S1、预备条件
航管中心使用随机数发生器产生随机数作为根密钥。飞机起飞前，航管中心为飞机分发根密钥。在一个时间周期内(如一个月、半年或一年)，每架飞机的根密钥相同。下个时间周期开始，航管中心使用随机数发生器重新生成随机数作为新的根密钥，分发给各飞机，覆盖上个根密钥。以此类推。
S2、发方飞机加密
S21、发方飞机将根密钥与飞行日期(年/月/日)输入密钥生成器进行处理，即首先把根密钥与飞行日期拼接(均使用二进制表示)，然后对拼接值进行散列计算得到密钥K。
S22、发方飞机将密钥K和明文数据输入密码处理器，得到密文数据。
S23、发方飞机对密文数据计算CRC校验码。
S24、发方飞机将密文数据和CRC校验码组成广播信息发送出去。
S3、收方飞机解密
S31、收方飞机接收广播信息，并进行CRC校验，如果不正确则舍弃该信息，正确则进行下一步。
S32、收方飞机将根密钥与飞行日期(年/月/日)输入密钥生成器进行处理，即首先把根密钥与飞行日期拼接(均使用二进制表示)，然后对拼接值进行散列计算得到密钥K。
S33、收方飞机将密钥K和密文数据输入密码处理器，得到明文数据。
本发明的加密方案可有效实现ADS_B系统中广播信息的保密传输，有益效果如下：
一是通过为飞机预置根密钥，可证实飞机身份的合法性和真实性，不会为假冒飞机预置相同的根密钥。二是根密钥可按照一定时间周期进行更换，保证了根密钥的不可预测性。三是密钥K动态变化，由于日期作为密钥K生成的一部分参数，日期在变化，生成的密钥K也相应地动态变化，确保了密钥K每日更新。四是密钥生成器使用了单向散列函数，单向散列函数的特点是具有不可碰撞性，即不同的输入对应不同的输出，因此，每天的密钥K均不相同，不会发生密钥重复使用的现象。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种ADS_B系统数据加密方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、预备条件
航管中心使用随机数发生器产生随机数作为根密钥，飞机起飞前，航管中心为飞机分发根密钥，在一个时间周期内，每架飞机的根密钥相同；
S2、发方飞机加密
S21、发方飞机将根密钥与飞行日期输入密钥生成器进行处理，即首先把根密钥与飞行日期拼接，然后对拼接值进行散列计算得到密钥K；
S22、发方飞机将密钥K和ADS_B报文的明文数据输入密码处理器，得到密文数据；
S23、发方飞机对密文数据计算CRC校验码；
S24、发方飞机将密文数据和CRC校验码组成广播信息发送出去；
S3、收方飞机解密
S31、收方飞机接收广播信息，并进行CRC校验，如果不正确则舍弃该信息，正确则进行下一步；
S32、收方飞机将根密钥与飞行日期输入密钥生成器进行处理，即首先把根密钥与飞行日期拼接，然后对拼接值进行散列计算得到密钥K；
S33、收方飞机将密钥K和密文数据输入密码处理器，得到明文数据。
2.如权利要求1所述的ADS_B系统数据加密方法，其特征在于，所述步骤S1中，一个时间周期为一个月、半年或一年。
3.如权利要求2所述的ADS_B系统数据加密方法，其特征在于，所述步骤S1中，下个时间周期开始，航管中心使用随机数发生器重新生成随机数作为新的根密钥，分发给各飞机，覆盖上个根密钥。
4.如权利要求3所述的ADS_B系统数据加密方法，其特征在于，所述航管中心通过ADS_B地面站连接飞机的ADS_B机载收发设备。
5.如权利要求1所述的ADS_B系统数据加密方法，其特征在于，所述步骤S21和S32中，飞行日期为年/月/日格式。
6.如权利要求5所述的ADS_B系统数据加密方法，其特征在于，所述步骤S21和S32中，根密钥与飞行日期拼接时均使用二进制表示。
7.如权利要求1-6任一项所述的ADS_B系统数据加密方法，其特征在于，ADS_B报文的明文数据为ADS_B报文中的地址AA字段和应答消息ME字段的明文数据。
8.如权利要求7所述的ADS_B系统数据加密方法，其特征在于，ADS_B报文为ADS_B系统的DF19报文格式。
9.如权利要求8所述的ADS_B系统数据加密方法，其特征在于，密钥生成器中使用单向散列函数。
10.如权利要求8所述的ADS_B系统数据加密方法，其特征在于，密码处理器中使用对称体制密码算法。
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