CRC校验和DES加密技术在北斗短报文通信中的应用研究

崔力维 李少朗

摘  要：为加强海洋观测预报业务水平，有效提高海洋观测数据质量，为海洋事业提供有效可靠的数据资料服务，该研究开发了短报文加密校验软件，基于CRC校验和DES加密技术在北斗短报文通信中的应用，在海洋水文气象观测系统中提升了短报文通信传输的数据安全性和保密性;丰富了海洋站观测数据的质控手段。

关键词：北斗短报文  CRC  DES  广西

中图分类号：P715.9   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）10（c）-0015-02

海洋观测预报工作多年来作为我国基础性公共服务事业，是国家海洋的基础性业务工作。我国海洋站水文气象观测系统是涵盖数据采集、传输、通信的集成系统，依照《海滨观测规范》（GB/T 14914-2006）相关要求运行，是开展海洋站基础观测业务的必备载体。为加强海洋观测预报业务水平，有效提高海洋观测数据质量，为海洋防灾减灾、社会发展、国防建设提供有效可靠的数据资料服务，有必要不断提高实时数据的质量，设计更有效的海洋观测预报数据传输质控系统，采用更为科学规范的质量管理体系控制方式。基于此种业务需求，该研究采用CRC校验和DES加密技术，应用于北斗卫星进行短报文数据通信接收，开发了短报文加密校验软件，以提高海洋观测业务中采用的数据报文质量。

1  短报文加密校验软件技术原理

1.1 北斗卫星短报文

北斗卫星系统是由我国自主研发的通信系统，用于地面定位、可全面提供范围内数据。北斗卫星用户机是一种具有定位、授时，并能进行小量数据传输的通信系统，单次数据传输电文长度有所限制，为110～1680bit，对用户使用频度有严格限制，适合小信息量传输。采用北斗短报文通信，可以有效地进行信息传递，且在台风、地震等灾害天气下通信基站被破坏或者普通移动通信信号不能覆盖的情况下，北斗终端可以通过短报文进行紧急通信，适用于需要保证通信正常的海洋观测数据传输[1]。北斗短报文通信方式在海洋观测预报领域中的作用近年来不断加强，需求也越来越大[2]。目前国内海洋观测领域主要是国家海洋局部分志愿观测船和涉海航保部门采用北斗卫星作为通信终端载体，受通信环境和干扰等多种因素影响，无线系统通信可能会出现误码造成数据收发不一致。在实际应用中北斗系统也存在一定误码率，这会造成数据接收端的解码出现差错，产生错误数据。

1.2 CRC校验技术和DES加密技术

CRC检验由于实现简单、检错能力强，占用系统资源少，用软硬件均能实现，是进行数据传输差错校验中很好的手段，目前国外CRC校验广泛应用于数据存储和数据通讯领域。在针对短报文通信的CRC数据校验和加密技术，以及对北斗通信数据传输质量和校验方法，国内也开展了相关研究[3，4]。CRC校验码的基本思想是利用线性编码理论，在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的监督码（既CRC码）r位，并附在信息后边，构成一个新的二进制码序列数共（k+r）位，最后发送出去;在接收端，则根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错[5]。DES算法是数据通信中比较普遍的一种加密算法，也是世界上第一个公认的实用密码算法标准。DES算法加密既保证了数据的质量，又保障了数据的安全性，运用在北斗短报文通信中，以弥补这种通信方法的不足。海洋观测数据传输实际应用中，在数据通信中增加CRC校验技术和DES加密技术，自动识别北斗系统短报文是否存在误码，保证数据资料的有效性;同时通过设计短报文数据加密技术提升北斗传输报文应用的安全性和可靠性，并根据业务需求控制是否重新传输，借此提升应用观测资料的数据质量[6，7]。为方便在现有观测系统中推广应用，CRC校验功能和DES加密功能全部由通信双方通过软件实现，在短报文加密校验软件中，数据发送方在完成数据编码后，使用校验多项式按照规则对报文进行校验计算，并得到该报文的校验码。然后将数据报文和校验码发送给接收方。数据接收方收到数据报文及其校验码后，进行相同的校验计算处理，计算得到的校验码与收到的校验码比对，确认报文是否正确，确认报文准确后使用公用密钥进行文件解密，取得的数据资料就是完整有效的。

2  短报文加密校验软件技术主要功能与应用

短报文加密校验软件采用编程语言为Delphi，硬件环境要求CPU3.0GHz及以上，内存频率1600MHz，内存容量4GB，硬盘容量160GB;短报文加密校验软件具有处理多种系统需求的能力，可对软件产生的数据进行优化，并存储记录，用户可以对系统内信息进行登记记录操作，主要包括短报文文件夹隐藏、短報文文件锁定、短报文文件夹加密等功能。通过该系统架构，用户可以对系统内部进行全面的管理操作。系统具有安全、快速、保密性强、压缩率高、兼容性好等优点，提高了加密的安全性。该软件已取得计算机软件著作权登记证书（证书号：软著登字第3305798号），软件系统界面见图1。

国家海洋局北海海洋环境监测中心站下设北海、涠洲、钦州、铁山港、防城港5个海洋环境监测站，负责所在海域的海洋水文气象观测以及资料编报和传递工作。该技术已应用于中心站观测通信传输工作，通过CRC校验方法和DES加密技术对短报文通信传输的实时观测数据进行在线质量控制，可以在源头上进一步提升海洋观测数据质量，弥补在线质控的缺失，降低异常数据报文对观测工作的影响。加载了CRC校验的短报文，不会存在数据误码，数据准确性明显提高;通过引用DES加密技术提升了短报文通信传输的数据安全性和保密性;丰富了海洋站观测数据的质控手段，提升观测人员对观测系统传输网络的认识与理解，使质控体系在业务中应用得以推广。

3  结语

（1）海洋站水文气象观测系统作为涵盖数据采集、传输、通信的集成系统，必须不断加强海洋观测预报业务水平，不断提高海洋观测数据质量，才能更好地提供有效可靠的数据资料。

（2）短报文加密校验软件采用CRC校验和DES加密技术，在北斗通信短报文数据采集源头进行数据通信接收和做好质量控制，可有效提高海洋观测业务中采用北斗卫星进行数据通信接收的数据报文质量，丰富了海洋站观测数据的质控手段。

参考文献

[1] 金力.北斗卫星通信在水文测报数据传输中的应用[J]. 建筑工程技术与设计，2015（18）：2100.

[2] 邓玉芬，张博，沈明，等.基于北斗卫星的海洋测量数据传输系统[J].海洋测绘，2009，29（4）：67-69.

[3] 卢云鹏，刘振安，徐昊，等.CRC校验在实时系统中的应用研究[A].全国计算机、网络在现代科学技术领域的应用学术会议[C].2007.

[4] 常晓明，王建东.CRC校验及其软件实现[J].电子技术应用，1995（6）：14.

[5] 杨卫平.CRC计算实现方法[J].电子技术与软件工程，2018，131（9）：174-175.

[6] 邓慧澜，钱潇.DES算法分析及应用[J].中国水运，2017（12）：107-108.

[7] 陈琳.DES算法的安全性及其应用[J].福建信息技术教育，2008，32（2）：18-21.