《数字通信世界》 邮发代号 80-393 国内统一刊号 CN11-5154/TN 国际标准刊号 ISSN 1672-7274
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《数字通信世界》期刊出版特色

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一、办刊宗旨和办刊方针

《数字通信世界》秉承“为技术创新和企业发展服务”的宗旨,立足数字通信产业,积极宣传报道宏观产业政策;密切关注通信行业最新动态,及时传播现代企业管理观念;报道数字通信市场、技术、运营、业务发展趋势;探索、推介通信行业创新经营模式及新技术、新设备、新产品。

二、报道范围和读者对象

《数字通信世界》着力反映国内外通信行业、卫星行业、广播电视行业的技术新发展和市场变化,特别是我国在通信管理体制改革,通信运营市场发展,以及通信技术应用上的新成果、新水平,从经济和技术相结合的角度出发,为广大运营商、设备商、集成商和广大作者、读者服务。
 
《数字通信世界》
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《电子与电脑》
《电漫》
《软件开发》

导航卫星星间数据安全处理方法

【摘 要】本文提出了导航卫星星间数据安全处理方法,为确保星间链路传输数据的安全,必须根据不同数据的特点进行安全体系和安全算法的设计。以便运行在境外的卫星不同类型的数据,包括遥测遥控数据,能够通过多个星间链路可靠传输到境内卫星,与境内地面站进行数据交换。提高导航卫星的可测控能力。
【关键词】导航卫星 星间数据 安全处理

一、 引言
遥测遥控信息安全始终是卫星遥控系统设计和任务实施过程中最重要的问题之一。使用多颗导航卫星组成星座,通过星间链路传输遥测遥控信息,将导航卫星星座连成天基测控网,同一时间通过国内地面站,对所有导航星座卫星进行有效实时测控,协同实现复杂功能,是测控网发展的必然趋势。
考虑到卫星数量的增加及卫星相当长时间处于境外等情况,靠纯粹的机要手段很难满足信息安全的要求。需要采用现代信息安全体系及加密等安全措施,重点分析星间遥控遥测数据安全处理对可靠性的要求。
二、 方案设计
导航卫星星间数据安全处理方案涉及星地和星间数据安全处理的兼容性问题,具体有以下三种模式。
1.星间与星地安全共享模式
导航卫星遥测遥控信息流(星间与星地安全共享模式)见。地面站只有一个安全模块,卫星也对应只有一个安全模块,或者有两个完全相同的安全模块。地面站和卫星主要功能(星地、星间安全算法相同)见表1。星地与星间统一设计,可以简化卫星安全体系设计,星间遥测遥控信息只需要进行一次加解密过程,为首选方案。


图1 导航卫星遥测遥控信息流(星间与星地安全共享模式)

表1 地面站和卫星主要功能(星地、星间安全共享模式)

对象 类型 主要功能
地面
测控站 遥测 从A星接收A星的遥测数据密文,用安全模块解密后处理;从A星接收B星的遥测数据密文,用安全模块解密后处理
遥控 用安全模块将A星遥控数据加密,发送到A星;用安全模块将B星遥控数据加密,发送到A星
境内卫星(A星) 遥测 生成A星遥测明文,用安全模块加密,发送到地面测控站;从星间链路接收其他星遥测密文,转发到地面测控站
遥控 接收地面测控站的A星遥控密文,用安全模块解密后处理;接收地面测控站的B星遥控密文,转发到星间链路
境外卫星(B星) 遥测 生成B星遥测明文,用安全模块加密,发送到星间链路;从星间链路接收其他星遥测密文,转发到星间链路其他卫星
遥控 从星间链路接收B星遥控密文,用安全模块解密后处理;从星间链路接收其他星遥控密文,转发到星间链路其他卫星

2.星间与星地安全独立模式1
导航卫星遥测遥控信息流(星间与星地安全独立模式1)见图2。地面站有两个安全模块,卫星也对应有两个安全模块。地面站和卫星主要功能(星地、星间安全算法相同)见表2。星地安全体系设计已经成熟,星间安全体系独立设计,星地、星间统一加解密,比较灵活,星间遥测遥控信息只需要进行一次加解密过程,为次选方案。
图2 导航卫星遥测遥控信息流(星间与星地安全独立模式1)

表2 地面站和卫星主要功能(星地、星间安全独立模式1)
对象 类型 主要功能
地面
测控站 遥测 从A星接收A星的遥测数据密文,用星地安全模块解密后处理;从A星接收B星的遥测数据密文,用星间安全模块解密后处理
遥控 用星地安全模块将A星遥控数据加密,发送到A星;用星间安全模块将B星遥控数据加密,发送到A星
境内卫星(A星) 遥测 生成A星遥测明文,用星地安全模块加密,发送到地面测控站;从星间链路接收其他星遥测密文,转发到地面测控站
遥控 接收地面测控站的A星遥控密文,用星地安全模块解密后处理;接收地面测控站的B星遥控密文,转发到星间链路
境外卫星(B星) 遥测 生成B星遥测明文,用星间安全模块加密,发送到星间链路;从星间链路接收其他星遥测密文,转发到星间链路其他卫星
遥控 从星间链路接收B星遥控密文,用星间安全模块解密后处理;从星间链路接收其他星遥控密文,转发到星间链路其他卫星
a) 星间与星地安全独立模式2
导航卫星遥测遥控信息流(星间与星地安全独立模式2)见图3。地面站只有一个星地安全模块,卫星有星地和星间两个安全模块。地面站和卫星主要功能(星地、星间安全算法相同)见表3。星地安全体系设计已经成熟,星间安全体系独立设计,星地、星间分段加解密,比较灵活,但是星间遥测遥控信息需要进行多次加解密过程,为末选方案。

图3 导航卫星遥测遥控信息流(星间与星地安全独立模式2)

 

表3 地面站和卫星主要功能(星地、星间安全独立模式2)
对象 类型 主要功能
地面
测控站 遥测 从A星接收A星的遥测数据密文,用星地安全模块解密后处理;从A星接收B星的遥测数据密文,用星地安全模块解密后处理
遥控 用星地安全模块将A星遥控数据加密,发送到A星;用星地安全模块将B星遥控数据加密,发送到A星
境内卫星(A星) 遥测 生成A星遥测明文,用星地安全模块加密,发送到地面测控站;从星间链路接收其他星遥测密文,先用星间安全模块解密,然后用星地安全模块加密,发送到地面测控站
遥控 接收地面测控站的A星遥控密文,用星地安全模块解密后处理;接收地面测控站的B星遥控密文,先用星地安全模块解密,然后用星间安全模块加密,转发到星间链路
境外卫星(B星) 遥测 生成B星遥测明文,用星间安全模块加密,发送到星间链路;从星间链路接收其他星遥测密文,转发到星间链路其他卫星
遥控 从星间链路接收B星遥控密文,用星间安全模块解密后处理;从星间链路接收其他星遥控密文,转发到星间链路其他卫星
三、 关键技术
导航卫星星间数据安全处理主要有以下三个关键技术。
(1)密码算法可重构设计技术
由于导航卫星数量多,而且是分批发射,所以要求密码算法可重构,以适应将来密码升级。需要研究密码算法逻辑设计实现可重构的技术途径.研究可重构设计技术涉及工艺库的选择和使用、参数的动态与静态加载以及恰当的控制切换操作。通过解决密码算法的参数加载、运算结构、加密机制可重构难题,达到算法可重构设计与芯片实现可重构的高度结合。
(2)星间链路密钥同步技术
通过分析导航星座卫星分布和对测控数据加密需求,研究星间链路中密钥的生成、使用、更新和保护等管理安全机制方式,解决星间测控数据加密中密钥的同步问题的需求,能够适应信道资源有限、易受干扰、传输带宽低的环境限制,做到密钥管理方式简单可靠高效。密钥同步控制必须充分考虑星间链路数据传输的特点,其密钥管理协议的设计要在安全性和可靠性之间找到平衡点;提高密钥管理系统的效率。
(3)安全芯片的可靠性工艺技术
卫星上使用的集成电路工作在空间环境,易受到宇宙射线等干扰,为保证集成电路内部各个模块的工作稳定和可靠性,需要研究导航卫星抗辐照专用安全芯片,可采用SOI CMOS(绝缘体上的CMOS)工艺器件的抗总剂量加固技术和SOI CMOS电路的抗单粒子效应加固技术,在材料层面上实现抗辐照加固。
四、结束语
随着当前导航卫星项目和任务的不断增多,使用多颗导航卫星组成星座,协同实现复杂功能,将成为未来卫星发展的重要趋势。通过星间链路传输加密后的遥测遥控和导航等信息,将导航卫星星座连成天基无线网络,是卫星星座发展的必然趋势。星间安全数据处理技术将成为导航卫星组网的关键技术之一。


 
 
 
 
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