北斗报文数据加密系统设计

摘要

北斗导航卫星系统作为我国自主研制的世界上第三个成熟的导航系统，其应用也越来越广泛。随着北斗导航卫星应用的增加，其安全性也受到了越来越多的关注，在一些北斗卫星导航应用中，需要对北斗报文数据进行加密，以便在传输过程中不被未授权的第三方截获。加密体制分为对称加密和非对称加密。对称加密主要应用在数据的加密上，这样可以保证数据的安全性。非对称加密主要应用在数据的签名上，这样可以保证消息来源的不可否认性。本文研究了北斗报文数据特点，并采用分组密码算法对数据进行加密，采用RSA算法对数据进行签名，所设计的北斗报文数据加密系统能够有效保证传输数据的安全性。
　　在北斗报文数据的加密设计中，本文首先采用改进密钥扩展算法后的AES加密方法对北斗报文数据进行加密。加密过程是先对北斗报文数据进行分组，每组128-bit；再对每组北斗数据进行加密。在加密的过程中，为了增强抗攻击强度，本文改进了密钥扩展算法，使子密钥的生成不仅仅依靠前一轮子密钥的作用，而是依靠前两轮子密钥的共同作用。子密钥生成后，对输入的每组北斗导航数据先进行一次轮密钥加操作，再进行九个轮次的字节代换、行移位、列混淆、轮密钥加操作，以及第十轮的字节代换、行移位、轮密钥加操作，最终得到加密后的北斗导航定位数据。本文采用已有的攻击方法进行了验证，结果表明，加密后的数据可以抵抗这些攻击。
　　本文同时也选择了适用于资源受限环境下的轻量级加密算法 RECTANGLE对北斗报文数据进行加密，以便加密系统在便携式的轻量级平台上应用。加密过程是先对数据进行分组，每组64-bit，再对每组数据进行加密。加密过程一共25轮，每轮包含 AddRoundkey、SubColumn和 ShiftRow操作。经过25轮轮函数后再经过一次Addroundkey操作就完成了加密过程。对于加密后的数据，本文采用差分攻击和相关密钥差分攻击方法进行了验证，结果表明，加密后的数据可以抵抗这些攻击。
　　在北斗报文数据的签名设计中，本文采用非对称加密算法RSA对数据进行签名，以保证消息来源的准确性和不可否认性。
　　本文设计的北斗报文数据加密签名系统，既可以保证数据的安全性也可以保证消息来源的可靠性及不可否认性，同时软件编程实现了文中的加密算法和签名算法。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2北斗导航卫星系统的导航和定位信息的加密背景研究

1.3加密后北斗报文数据的签名背景研究

1.4加密后北斗报文数据安全性分析的背景研究

1.5论文的研究内容和论文安排

第二章 北斗报文数据格式及加密签名方法介绍

2.1北斗报文数据格式

2.2 AES加密算法

2.3轻量级密码算法RECTANGLE

2.4 RSA算法

2.5分组密码的常用分析技术

2.6本章小结

第三章 基于改进密钥扩展算法后的AES加密算法的北斗报文数据加密

3.1北斗报文数据分析

3.2改进的密钥扩展算法

3.3基于改进密钥扩展算法后的AES加密算法的加密过程

3.4加密后北斗报文数据的安全性分析

3.5本章小结

第四章 基于轻量级RECTANGLE加密算法的北斗报文数据加密

4.1基于轻量级加密算法RECTANGLE的加密过程

4.2 基于加密后北斗报文数据的安全性分析

4.3本章小结

第五章 北斗报文数据加密系统设计

5.1 RSA算法

5.2 RSA签名算法的安全性分析

5.3加密系统

5.4本章小结

第六章 总结和展望

参考文献

致谢

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