B1C认证信号生成方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种B1C认证信号生成方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

近几年随着卫星导航技术不断发展，全球导航卫星系统(GNSS，GlobalNavigation Satellite System)已经广泛应用于位置服务、气象预报、交通运输和应急救援等众多领域。

由于卫星导航系统民用信号格式公开，使得民用接收机容易受到欺骗干扰的威胁。近些年GNSS欺骗攻击事件频发，也对GNSS导航的安全性提出了重大挑战。与传统的用户侧解决抗欺骗攻击手段不同，信号认证技术是从系统端解决GNSS欺骗攻击的技术手段，以在一定程度上缓解欺骗攻击，而现有认证信息的安全性低。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种B1C认证信号生成方法、装置、电子设备及存储介质，提升北斗B1C信号的安全性。

为实现上述目的，本申请实施例第一方面提供一种B1C认证信号生成方法方法，包括：

根据接收到的B1C导航电文和B1C认证电文，得到B1C导航认证电文，所述B1C导航认证电文包含所述B1C认证电文和所述B1C导航电文；

提取所述B1C认证电文中的MAC和KEY，根据所述MAC和KEY，得到认证扩频码序列；

将所述认证扩频码序列嵌入到所述B1C主码中，得到B1C主码扩频码；

将所述B1C主码扩频码和B1C子码进行异或运算，得到B1C导频复合码；

将所述B1C导频复合码和所述B1C导航认证电文码经子载波调制，生成B1C认证信号。

可选的，所述提取所述B1C认证电文中的MAC和KEY，根据所述MAC和KEY，得到认证扩频码序列包括：

基于中国商密SM3标准，根据所述MAC和KEY，生成256比特数据；

获取所述256比特数据中的低位的128比特数据，并将所述低位的128比特数据作为嵌入密钥；

基于中国商密SM4标准，根据所述嵌入密钥，生成认证扩频码序列，所述认证扩频码序列包括待嵌入所述B1C主码中的数值和所述B1C主码中待嵌入所述数值的位置。

可选的，所述基于中国商密SM4标准，根据所述嵌入密钥，生成认证扩频码序列包括：

基于中国商密SM4标准，根据所述嵌入密钥和预设的嵌入数值明文，生成128比特嵌入数值密文，所述128比特嵌入数值密文包括待嵌入到所述B1C主码的数值；

基于中国商密SM4标准，根据所述嵌入密钥和预设的嵌入位置明文，生成128比特嵌入位置密文，所述128比特嵌入位置密文包括所述B1C主码中待嵌入所述数值的位置。

可选的，所述将所述认证扩频码序列嵌入到所述B1C主码中，得到B1C主码扩频码包括：

根据所述128比特嵌入位置密文，查找所述B1C主码中待嵌入所述数值的位置；

获取所述128比特嵌入数值密文中待嵌入到所述B1C主码的数值；

根据所述B1C主码中待嵌入所述数值的位置，将所述128比特嵌入数值密文中的所述数值嵌入到所述B1C主码中。

本申请实施例第二方面提供一种B1C认证信号生成装置，包括：

第一生成模块，用于根据接收到的B1C导航电文和B1C认证电文，得到B1C导航认证电文，所述B1C导航认证电文包含所述B1C认证电文和所述B1C导航电文；

提取模块，用于提取所述B1C认证电文中的MAC和KEY；

第二生成模块，用于根据所述MAC和KEY，得到认证扩频码序列；

嵌入模块，用于将所述认证扩频码序列嵌入到所述B1C主码中，得到B1C主码扩频码；

运算模块，用于将所述B1C主码扩频码和B1C子码进行异或运算，得到B1C导频复合码；

调制模块，用于将所述B1C导频复合码和所述B1C导航认证电文码经子载波调制，生成B1C认证信号。

可选的，所述第二生成模块包括：

第一生成子模块，用于基于中国商密SM3标准，根据所述MAC和KEY，生成256比特数据；

获取模块，用于获取所述256比特数据中的低位的128比特数据，并将所述低位的128比特数据作为嵌入密钥；

第二生成子模块，用于基于中国商密SM4标准，根据所述嵌入密钥，生成认证扩频码序列，所述认证扩频码序列包括待嵌入所述B1C主码中的数值和所述B1C主码中待嵌入所述数值的位置。

可选的，所述第二生成子模块包括：

第三生成子模块，用于基于中国商密SM4标准，根据所述嵌入密钥和预设的嵌入数值明文，生成128比特嵌入数值密文，所述128比特嵌入数值密文包括待嵌入到所述B1C主码的数值；

第四生成子模块，用于基于中国商密SM4标准，根据所述嵌入密钥和预设的嵌入位置明文，生成128比特嵌入位置密文，所述128比特嵌入位置密文包括所述B1C主码中待嵌入所述数值的位置。

可选的，所述将所述嵌入模块包括：

查找子模块，用于根据所述128比特嵌入位置密文，查找所述B1C主码中待嵌入所述数值的位置；

获取子模块，用于获取所述128比特嵌入数值密文中待嵌入到所述B1C主码的数值；

嵌入子模块，用于根据所述B1C主码中待嵌入所述数值的位置，将所述128比特嵌入数值密文中的所述数值嵌入到所述B1C主码中。

本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，包括：

存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现本申请实施例第一方面提供的B1C认证信号生成方法。

本申请实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例第一方面提供的B1C认证信号生成方法。

从上述本申请实施例可知，本申请提供的B1C认证信号生成方法、装置、电子设备及存储介质，根据接收到的B1C导航电文和B1C认证电文，得到B1C导航认证电文，B1C导航认证电文包含B1C认证电文和B1C导航电文，提取B1C认证电文中的MAC和KEY，根据MAC和KEY，得到认证扩频码序列，将认证扩频码序列嵌入到B1C主码中，得到B1C主码扩频码，将B1C主码扩频码和B1C子码进行异或运算，得到B1C导频复合码，将B1C导频复合码和B1C导航认证码电文经子载波调制，生成B1C认证信号，通过在电文中加入认证扩频码，进而生成B1C认证信号，提升B1C信号的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出了本公开实施例提供的B1C认证信号生成方法的流程示意图；

图2示意性示出了本公开实施例认证扩频码嵌入位置128bit数据说明；

图3示意性示出了本公开实施例认证扩频码嵌入数值128bit数据说明；

图4示意性示出了本公开实施例北斗B1C电文帧格式；

图5示意性示出了本公开实施例嵌入位置的示意图；

图6示意性示出了本公开实施例提供的B1C认证信号生成装置的结构示意图；

图7示出了一种电子设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请一实施例提供的B1C认证信号生成方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤：

S101、根据接收到的B1C导航电文和B1C认证电文，得到B1C导航认证电文，该B1C导航认证电文包含该B1C认证电文和该B1C导航电文。

S102、提取该B1C认证电文中的MAC和KEY，根据该MAC和KEY，得到认证扩频码序列。

S103、将该认证扩频码序列嵌入到该B1C主码中，得到B1C主码扩频码。

S104、将该B1C主码扩频码和B1C子码进行异或运算，得到B1C导频复合码。

S105、将该B1C导频复合码和该B1C导航认证电文码经子载波调制，生成B1C认证信号。

在本公开其中一个实施例中，步骤S102包括：基于中国商密SM3标准，根据该MAC和KEY，生成256比特数据；获取该256比特数据中的低位的128比特数据，并将该低位的128比特数据作为嵌入密钥；基于中国商密SM4标准，根据该嵌入密钥，生成认证扩频码序列，该认证扩频码序列包括待嵌入该B1C主码中的数值和该B1C主码中待嵌入该数值的位置。

其中，B1C认证电文中的MAC和KEY为225比特，具体可利用SHA-256算法，基于中国商密SM3标准，根据225比特的MAC和KEY，生成256比特数据。

在本公开其中一个实施例中，上述基于中国商密SM4标准，根据该嵌入密钥，生成认证扩频码序列包括：基于中国商密SM4标准，根据该嵌入密钥和预设的嵌入数值明文，生成128比特嵌入数值密文，该128比特嵌入数值密文包括待嵌入到该B1C主码的数值；基于中国商密SM4标准，根据该嵌入密钥和预设的嵌入位置明文，生成128比特嵌入位置密文，该128比特嵌入位置密文包括该B1C主码中待嵌入该数值的位置。

其中，可利用AES-128算法，基于中国商密SM4标准，根据嵌入密钥和预设的嵌入数值明文，生成128比特嵌入数值密文。同样的，也可利用AES-128算法，基于中国商密SM4标准，根据嵌入密钥和预设的嵌入位置明文，生成128比特嵌入位置密文。

在本公开中，预设的嵌入数值明文和嵌入位置明文，每隔预设时长改变一次，该预设时长可以是例如18秒、36秒、90秒等等。其中，嵌入数值明文和嵌入位置明文均为16个字节，均具体包括帧头、卫星号、明文标识、周计数、周内秒、频点、链路、认证周期、预留、帧尾等信息，如表1所示的扩频码嵌入数值明文、表2所示的扩频码嵌入位置明文。

表1

表2

在本公开其中一个实施例中，步骤S103包括：根据该128比特嵌入位置密文，查找该B1C主码中待嵌入该数值的位置；获取该128比特嵌入数值密文中待嵌入到该B1C主码的数值；根据该B1C主码中待嵌入该数值的位置，将该128比特嵌入数值密文中的该数值嵌入到该B1C主码中。

在本公开中，如图2所示为128比特嵌入位置密文的示意性图示。Code1-Code7表示待嵌入数值的码段位置，用5bit表示。Sector1表示第1毫秒所嵌入数值的数量，采用二进制计数，具体见表3。

表3

其中，如图3所示，Sector1表示第1毫秒所嵌入的数值，Sector2表示第2毫秒所嵌入的数值，Sector3表示第3毫秒所嵌入的数值，Sector4表示第4毫秒所嵌入的数值，以上为以4毫秒为周期进行选择的示意性举例。

在本公开中，图4示意性示出了北斗B1C的B-CNAV1电文格式，一帧电文包括三个子帧，子帧1、子帧2和子帧3。其中子帧1包括14bit数据，子帧2包括600bits数据，子帧3包括264bits数据。三个子帧一共878bit，转换为1800符号位，一共18秒。更多的，还可以为36秒、90秒等等。

更多的，如图5所示，本实施例中认证周期、认证子码以及认证扩频码关系图。认证周期为180秒，包含10个电文帧周期。每个电文帧周期为18秒，和B1C子码周期一致，包括1800子码码片。B1C主码周期为10ms，主码码长为10230码片，其中1ms主码码长为1023码片，1023＝31×33。将1ms主码分成31段，每段33码片。33码片为B1C信号导频分量的BOC(1，1)码片。

B1C信号的复包络可以表示为：s

其中，s

B1C数据分量的子载波sc

B1C导频分量的子载波sc

请参阅图6，图6为本申请一实施例提供的B1C认证信号生成装置的结构示意图，该装置主要包括：第一生成模块601、提取模块602、第二生成模块603、嵌入模块604、运算模块605、调制模块606。

第一生成模块601，用于根据接收到的B1C导航电文和B1C认证电文，得到B1C导航认证电文，该B1C导航认证电文包含该B1C认证电文和该B1C导航电文。

提取模块602，用于提取该B1C认证电文中的MAC和KEY。

第二生成模块603，用于根据该MAC和KEY，得到认证扩频码序列。

嵌入模块604，用于将该认证扩频码序列嵌入到该B1C主码中，得到B1C主码扩频码。

运算模块605，用于将该B1C主码扩频码和B1C子码进行异或运算，得到B1C导频复合码。

调制模块606，用于将该B1C导频复合码和该B1C导航认证电文码经子载波调制，生成B1C认证信号。

在本公开其中一个实施例中，该第二生成模块包括：

第一生成子模块，用于基于中国商密SM3标准，根据该MAC和KEY，生成256比特数据；

获取模块，用于获取该256比特数据中的低位的128比特数据，并将该低位的128比特数据作为嵌入密钥；

第二生成子模块，用于基于中国商密SM4标准，根据该嵌入密钥，生成认证扩频码序列，该认证扩频码序列包括待嵌入该B1C主码中的数值和该B1C主码中待嵌入该数值的位置。

在本公开其中一个实施例中，该第二生成子模块包括：

第三生成子模块，用于基于中国商密SM4标准，根据该嵌入密钥和预设的嵌入数值明文，生成128比特嵌入数值密文，该128比特嵌入数值密文包括待嵌入到该B1C主码的数值；

第四生成子模块，用于基于中国商密SM4标准，根据该嵌入密钥和预设的嵌入位置明文，生成128比特嵌入位置密文，该128比特嵌入位置密文包括该B1C主码中待嵌入该数值的位置。

在本公开其中一个实施例中，该将该嵌入模块包括：

查找子模块，用于根据该128比特嵌入位置密文，查找该B1C主码中待嵌入该数值的位置；

获取子模块，用于获取该128比特嵌入数值密文中待嵌入到该B1C主码的数值；

嵌入子模块，用于根据该B1C主码中待嵌入该数值的位置，将该128比特嵌入数值密文中的该数值嵌入到该B1C主码中。

请参见图7，图7示出了一种电子设备的硬件结构图。

本实施例中所描述的电子设备，包括：

存储器71、处理器72及存储在存储器71上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行该程序时实现前述图1所示实施例中描述的B1C认证信号生成方法。

进一步地，该电子设备还包括：

至少一个输入设备73；至少一个输出设备74。

上述存储器71、处理器72输入设备73和输出设备74通过总线75连接。

其中，处理器72为北斗接收处理器，具体包括现场可编程门阵列(FPGA，FieldProgrammable Gate Array)、ARM处理器(Advanced RISC Machine)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)等等，输入设备73具体可为信号采集器。输出设备74具体可为串口、网口等等。

存储器71可以是高速随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)存储器，也可为非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器71用于存储一组可执行程序代码，处理器72与存储器71耦合。

进一步地，本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是设置于上述各实施例中的电子设备中，该计算机可读存储介质可以是前述图7所示实施例中的电子设备。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述图1所示实施例中描述的B1C认证信号生成方法。进一步地，该计算机可存储介质还可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，在本公开各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种B1C认证信号生成方法、装置、电子设备及可读存储介质的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。