CRC校驗(yàn)和DES加密技術(shù)在北斗短報(bào)文通信中的應(yīng)用研究

崔力維 李少朗

摘 ?要：為加強(qiáng)海洋觀測預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)水平，有效提高海洋觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，為海洋事業(yè)提供有效可靠的數(shù)據(jù)資料服務(wù)，該研究開發(fā)了短報(bào)文加密校驗(yàn)軟件，基于CRC校驗(yàn)和DES加密技術(shù)在北斗短報(bào)文通信中的應(yīng)用，在海洋水文氣象觀測系統(tǒng)中提升了短報(bào)文通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)安全性和保密性;豐富了海洋站觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)控手段。

關(guān)鍵詞：北斗短報(bào)文 ?CRC ?DES ?廣西

中圖分類號：P715.9 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（c）-0015-02

海洋觀測預(yù)報(bào)工作多年來作為我國基礎(chǔ)性公共服務(wù)事業(yè)，是國家海洋的基礎(chǔ)性業(yè)務(wù)工作。我國海洋站水文氣象觀測系統(tǒng)是涵蓋數(shù)據(jù)采集、傳輸、通信的集成系統(tǒng)，依照《海濱觀測規(guī)范》（GB/T 14914-2006）相關(guān)要求運(yùn)行，是開展海洋站基礎(chǔ)觀測業(yè)務(wù)的必備載體。為加強(qiáng)海洋觀測預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)水平，有效提高海洋觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，為海洋防災(zāi)減災(zāi)、社會發(fā)展、國防建設(shè)提供有效可靠的數(shù)據(jù)資料服務(wù)，有必要不斷提高實(shí)時數(shù)據(jù)的質(zhì)量，設(shè)計(jì)更有效的海洋觀測預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)控系統(tǒng)，采用更為科學(xué)規(guī)范的質(zhì)量管理體系控制方式?；诖朔N業(yè)務(wù)需求，該研究采用CRC校驗(yàn)和DES加密技術(shù)，應(yīng)用于北斗衛(wèi)星進(jìn)行短報(bào)文數(shù)據(jù)通信接收，開發(fā)了短報(bào)文加密校驗(yàn)軟件，以提高海洋觀測業(yè)務(wù)中采用的數(shù)據(jù)報(bào)文質(zhì)量。

1 ?短報(bào)文加密校驗(yàn)軟件技術(shù)原理

1.1 北斗衛(wèi)星短報(bào)文

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)是由我國自主研發(fā)的通信系統(tǒng)，用于地面定位、可全面提供范圍內(nèi)數(shù)據(jù)。北斗衛(wèi)星用戶機(jī)是一種具有定位、授時，并能進(jìn)行小量數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，單次數(shù)據(jù)傳輸電文長度有所限制，為110～1680bit，對用戶使用頻度有嚴(yán)格限制，適合小信息量傳輸。采用北斗短報(bào)文通信，可以有效地進(jìn)行信息傳遞，且在臺風(fēng)、地震等災(zāi)害天氣下通信基站被破壞或者普通移動通信信號不能覆蓋的情況下，北斗終端可以通過短報(bào)文進(jìn)行緊急通信，適用于需要保證通信正常的海洋觀測數(shù)據(jù)傳輸[1]。北斗短報(bào)文通信方式在海洋觀測預(yù)報(bào)領(lǐng)域中的作用近年來不斷加強(qiáng)，需求也越來越大[2]。目前國內(nèi)海洋觀測領(lǐng)域主要是國家海洋局部分志愿觀測船和涉海航保部門采用北斗衛(wèi)星作為通信終端載體，受通信環(huán)境和干擾等多種因素影響，無線系統(tǒng)通信可能會出現(xiàn)誤碼造成數(shù)據(jù)收發(fā)不一致。在實(shí)際應(yīng)用中北斗系統(tǒng)也存在一定誤碼率，這會造成數(shù)據(jù)接收端的解碼出現(xiàn)差錯，產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)。

1.2 CRC校驗(yàn)技術(shù)和DES加密技術(shù)

CRC檢驗(yàn)由于實(shí)現(xiàn)簡單、檢錯能力強(qiáng)，占用系統(tǒng)資源少，用軟硬件均能實(shí)現(xiàn)，是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸差錯校驗(yàn)中很好的手段，目前國外CRC校驗(yàn)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域。在針對短報(bào)文通信的CRC數(shù)據(jù)校驗(yàn)和加密技術(shù)，以及對北斗通信數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量和校驗(yàn)方法，國內(nèi)也開展了相關(guān)研究[3，4]。CRC校驗(yàn)碼的基本思想是利用線性編碼理論，在發(fā)送端根據(jù)要傳送的k位二進(jìn)制碼序列，以一定的規(guī)則產(chǎn)生一個校驗(yàn)用的監(jiān)督碼（既CRC碼）r位，并附在信息后邊，構(gòu)成一個新的二進(jìn)制碼序列數(shù)共（k+r）位，最后發(fā)送出去;在接收端，則根據(jù)信息碼和CRC碼之間所遵循的規(guī)則進(jìn)行檢驗(yàn)，以確定傳送中是否出錯[5]。DES算法是數(shù)據(jù)通信中比較普遍的一種加密算法，也是世界上第一個公認(rèn)的實(shí)用密碼算法標(biāo)準(zhǔn)。DES算法加密既保證了數(shù)據(jù)的質(zhì)量，又保障了數(shù)據(jù)的安全性，運(yùn)用在北斗短報(bào)文通信中，以彌補(bǔ)這種通信方法的不足。海洋觀測數(shù)據(jù)傳輸實(shí)際應(yīng)用中，在數(shù)據(jù)通信中增加CRC校驗(yàn)技術(shù)和DES加密技術(shù)，自動識別北斗系統(tǒng)短報(bào)文是否存在誤碼，保證數(shù)據(jù)資料的有效性;同時通過設(shè)計(jì)短報(bào)文數(shù)據(jù)加密技術(shù)提升北斗傳輸報(bào)文應(yīng)用的安全性和可靠性，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求控制是否重新傳輸，借此提升應(yīng)用觀測資料的數(shù)據(jù)質(zhì)量[6，7]。為方便在現(xiàn)有觀測系統(tǒng)中推廣應(yīng)用，CRC校驗(yàn)功能和DES加密功能全部由通信雙方通過軟件實(shí)現(xiàn)，在短報(bào)文加密校驗(yàn)軟件中，數(shù)據(jù)發(fā)送方在完成數(shù)據(jù)編碼后，使用校驗(yàn)多項(xiàng)式按照規(guī)則對報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算，并得到該報(bào)文的校驗(yàn)碼。然后將數(shù)據(jù)報(bào)文和校驗(yàn)碼發(fā)送給接收方。數(shù)據(jù)接收方收到數(shù)據(jù)報(bào)文及其校驗(yàn)碼后，進(jìn)行相同的校驗(yàn)計(jì)算處理，計(jì)算得到的校驗(yàn)碼與收到的校驗(yàn)碼比對，確認(rèn)報(bào)文是否正確，確認(rèn)報(bào)文準(zhǔn)確后使用公用密鑰進(jìn)行文件解密，取得的數(shù)據(jù)資料就是完整有效的。

2 ?短報(bào)文加密校驗(yàn)軟件技術(shù)主要功能與應(yīng)用

短報(bào)文加密校驗(yàn)軟件采用編程語言為Delphi，硬件環(huán)境要求CPU3.0GHz及以上，內(nèi)存頻率1600MHz，內(nèi)存容量4GB，硬盤容量160GB;短報(bào)文加密校驗(yàn)軟件具有處理多種系統(tǒng)需求的能力，可對軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，并存儲記錄，用戶可以對系統(tǒng)內(nèi)信息進(jìn)行登記記錄操作，主要包括短報(bào)文文件夾隱藏、短報(bào)文文件鎖定、短報(bào)文文件夾加密等功能。通過該系統(tǒng)架構(gòu)，用戶可以對系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行全面的管理操作。系統(tǒng)具有安全、快速、保密性強(qiáng)、壓縮率高、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，提高了加密的安全性。該軟件已取得計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記證書（證書號：軟著登字第3305798號），軟件系統(tǒng)界面見圖1。

國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站下設(shè)北海、潿洲、欽州、鐵山港、防城港5個海洋環(huán)境監(jiān)測站，負(fù)責(zé)所在海域的海洋水文氣象觀測以及資料編報(bào)和傳遞工作。該技術(shù)已應(yīng)用于中心站觀測通信傳輸工作，通過CRC校驗(yàn)方法和DES加密技術(shù)對短報(bào)文通信傳輸?shù)膶?shí)時觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行在線質(zhì)量控制，可以在源頭上進(jìn)一步提升海洋觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，彌補(bǔ)在線質(zhì)控的缺失，降低異常數(shù)據(jù)報(bào)文對觀測工作的影響。加載了CRC校驗(yàn)的短報(bào)文，不會存在數(shù)據(jù)誤碼，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性明顯提高;通過引用DES加密技術(shù)提升了短報(bào)文通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)安全性和保密性;豐富了海洋站觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)控手段，提升觀測人員對觀測系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識與理解，使質(zhì)控體系在業(yè)務(wù)中應(yīng)用得以推廣。

3 ?結(jié)語

（1）海洋站水文氣象觀測系統(tǒng)作為涵蓋數(shù)據(jù)采集、傳輸、通信的集成系統(tǒng)，必須不斷加強(qiáng)海洋觀測預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)水平，不斷提高海洋觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，才能更好地提供有效可靠的數(shù)據(jù)資料。

（2）短報(bào)文加密校驗(yàn)軟件采用CRC校驗(yàn)和DES加密技術(shù)，在北斗通信短報(bào)文數(shù)據(jù)采集源頭進(jìn)行數(shù)據(jù)通信接收和做好質(zhì)量控制，可有效提高海洋觀測業(yè)務(wù)中采用北斗衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)通信接收的數(shù)據(jù)報(bào)文質(zhì)量，豐富了海洋站觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)控手段。

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