CRC校驗和DES加密技術在北斗短報文通信中的應用研究

崔力維 李少朗

摘 ?要：為加強海洋觀測預報業務水平，有效提高海洋觀測數據質量，為海洋事業提供有效可靠的數據資料服務，該研究開發了短報文加密校驗軟件，基于CRC校驗和DES加密技術在北斗短報文通信中的應用，在海洋水文氣象觀測系統中提升了短報文通信傳輸的數據安全性和保密性;豐富了海洋站觀測數據的質控手段。

關鍵詞：北斗短報文 ?CRC ?DES ?廣西

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

海洋觀測預報工作多年來作為我國基礎性公共服務事業，是國家海洋的基礎性業務工作。我國海洋站水文氣象觀測系統是涵蓋數據采集、傳輸、通信的集成系統，依照《海濱觀測規范》（GB/T 14914-2006）相關要求運行，是開展海洋站基礎觀測業務的必備載體。為加強海洋觀測預報業務水平，有效提高海洋觀測數據質量，為海洋防災減災、社會發展、國防建設提供有效可靠的數據資料服務，有必要不斷提高實時數據的質量，設計更有效的海洋觀測預報數據傳輸質控系統，采用更為科學規范的質量管理體系控制方式。基于此種業務需求，該研究采用CRC校驗和DES加密技術，應用于北斗衛星進行短報文數據通信接收，開發了短報文加密校驗軟件，以提高海洋觀測業務中采用的數據報文質量。

1 ?短報文加密校驗軟件技術原理

1.1 北斗衛星短報文

北斗衛星系統是由我國自主研發的通信系統，用于地面定位、可全面提供范圍內數據。北斗衛星用戶機是一種具有定位、授時，并能進行小量數據傳輸的通信系統，單次數據傳輸電文長度有所限制，為110～1680bit，對用戶使用頻度有嚴格限制，適合小信息量傳輸。采用北斗短報文通信，可以有效地進行信息傳遞，且在臺風、地震等災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文進行緊急通信，適用于需要保證通信正常的海洋觀測數據傳輸[1]。北斗短報文通信方式在海洋觀測預報領域中的作用近年來不斷加強，需求也越來越大[2]。目前國內海洋觀測領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星作為通信終端載體，受通信環境和干擾等多種因素影響，無線系統通信可能會出現誤碼造成數據收發不一致。在實際應用中北斗系統也存在一定誤碼率，這會造成數據接收端的解碼出現差錯，產生錯誤數據。

1.2 CRC校驗技術和DES加密技術

CRC檢驗由于實現簡單、檢錯能力強，占用系統資源少，用軟硬件均能實現，是進行數據傳輸差錯校驗中很好的手段，目前國外CRC校驗廣泛應用于數據存儲和數據通訊領域。在針對短報文通信的CRC數據校驗和加密技術，以及對北斗通信數據傳輸質量和校驗方法，國內也開展了相關研究[3，4]。CRC校驗碼的基本思想是利用線性編碼理論，在發送端根據要傳送的k位二進制碼序列，以一定的規則產生一個校驗用的監督碼（既CRC碼）r位，并附在信息后邊，構成一個新的二進制碼序列數共（k+r）位，最后發送出去;在接收端，則根據信息碼和CRC碼之間所遵循的規則進行檢驗，以確定傳送中是否出錯[5]。DES算法是數據通信中比較普遍的一種加密算法，也是世界上第一個公認的實用密碼算法標準。DES算法加密既保證了數據的質量，又保障了數據的安全性，運用在北斗短報文通信中，以彌補這種通信方法的不足。海洋觀測數據傳輸實際應用中，在數據通信中增加CRC校驗技術和DES加密技術，自動識別北斗系統短報文是否存在誤碼，保證數據資料的有效性;同時通過設計短報文數據加密技術提升北斗傳輸報文應用的安全性和可靠性，并根據業務需求控制是否重新傳輸，借此提升應用觀測資料的數據質量[6，7]。為方便在現有觀測系統中推廣應用，CRC校驗功能和DES加密功能全部由通信雙方通過軟件實現，在短報文加密校驗軟件中，數據發送方在完成數據編碼后，使用校驗多項式按照規則對報文進行校驗計算，并得到該報文的校驗碼。然后將數據報文和校驗碼發送給接收方。數據接收方收到數據報文及其校驗碼后，進行相同的校驗計算處理，計算得到的校驗碼與收到的校驗碼比對，確認報文是否正確，確認報文準確后使用公用密鑰進行文件解密，取得的數據資料就是完整有效的。

2 ?短報文加密校驗軟件技術主要功能與應用

短報文加密校驗軟件采用編程語言為Delphi，硬件環境要求CPU3.0GHz及以上，內存頻率1600MHz，內存容量4GB，硬盤容量160GB;短報文加密校驗軟件具有處理多種系統需求的能力，可對軟件產生的數據進行優化，并存儲記錄，用戶可以對系統內信息進行登記記錄操作，主要包括短報文文件夾隱藏、短報文文件鎖定、短報文文件夾加密等功能。通過該系統架構，用戶可以對系統內部進行全面的管理操作。系統具有安全、快速、保密性強、壓縮率高、兼容性好等優點，提高了加密的安全性。該軟件已取得計算機軟件著作權登記證書（證書號：軟著登字第3305798號），軟件系統界面見圖1。

國家海洋局北海海洋環境監測中心站下設北海、潿洲、欽州、鐵山港、防城港5個海洋環境監測站，負責所在海域的海洋水文氣象觀測以及資料編報和傳遞工作。該技術已應用于中心站觀測通信傳輸工作，通過CRC校驗方法和DES加密技術對短報文通信傳輸的實時觀測數據進行在線質量控制，可以在源頭上進一步提升海洋觀測數據質量，彌補在線質控的缺失，降低異常數據報文對觀測工作的影響。加載了CRC校驗的短報文，不會存在數據誤碼，數據準確性明顯提高;通過引用DES加密技術提升了短報文通信傳輸的數據安全性和保密性;豐富了海洋站觀測數據的質控手段，提升觀測人員對觀測系統傳輸網絡的認識與理解，使質控體系在業務中應用得以推廣。

3 ?結語

（1）海洋站水文氣象觀測系統作為涵蓋數據采集、傳輸、通信的集成系統，必須不斷加強海洋觀測預報業務水平，不斷提高海洋觀測數據質量，才能更好地提供有效可靠的數據資料。

（2）短報文加密校驗軟件采用CRC校驗和DES加密技術，在北斗通信短報文數據采集源頭進行數據通信接收和做好質量控制，可有效提高海洋觀測業務中采用北斗衛星進行數據通信接收的數據報文質量，豐富了海洋站觀測數據的質控手段。

參考文獻

[1] 金力.北斗衛星通信在水文測報數據傳輸中的應用[J]. 建筑工程技術與設計，2015（18）：2100.

[2] 鄧玉芬，張博，沈明，等.基于北斗衛星的海洋測量數據傳輸系統[J].海洋測繪，2009，29（4）：67-69.

[3] 盧云鵬，劉振安，徐昊，等.CRC校驗在實時系統中的應用研究[A].全國計算機、網絡在現代科學技術領域的應用學術會議[C].2007.

[4] 常曉明，王建東.CRC校驗及其軟件實現[J].電子技術應用，1995（6）：14.

[5] 楊衛平.CRC計算實現方法[J].電子技術與軟件工程，2018，131（9）：174-175.

[6] 鄧慧瀾，錢瀟.DES算法分析及應用[J].中國水運，2017（12）：107-108.

[7] 陳琳.DES算法的安全性及其應用[J].福建信息技術教育，2008，32（2）：18-21.