中國衛星信號編碼程序被一留美的中國留學生破解

消息來源：青年參考  
斯坦福清華MM破解中國北斗編碼 造成何種後果？

　　青年參考/ 今年3～4月份的美國《Inside GNSS》雜誌，披露了美國斯坦福大學研究人員成功破解我國「北斗」導航衛星信號編碼程序的情況。

因其中一研究人員為中國留學生，這一消息傳回國內后，一度在網上傳得沸沸揚揚。人們還發現，同樣是這個研究團隊，曾在2006年成功破解了歐洲「伽利略」導航衛星的信號編碼。有讀者致信本報，希望了解衛星的信號編碼如被破解，會造成何種後果。本報現試作解讀，僅供參考。

　　「北斗」系統功能豐富

　　衛星導航定位技術是指利用一組導航衛星，對地面、海洋和空間用戶進行精確定位。它具有全時空、全天候、高精度、連續實時地提供導航、定位和授時的特點，已成為應用廣泛的導航定位技術。為了不受制於人，從2000年10月到2003年5月，我國先後發射了3顆同類衛星，建成「北斗一號」雙星導航(另一顆為備用星)定位系統，成為世界上第3個擁有自主衛星導航系統的國家。

　　「北斗」衛星定位系統的主要任務，是在我國及周邊部分地區，為中低動態及靜態用戶提供快速定位、簡短數字報文通信和授時服務。其基本原理是3球交匯測量：利用兩顆位置已知的地球同步軌道衛星為兩球心，兩球心至用戶的距離為半徑作兩球面；另一球面是以地心為球心，以用戶所在點至地心的距離為半徑的球面，3個球面的交會點即為用戶位置。

　　當「北斗」用戶提出申請或按預定間隔時間進行定位時，不僅用戶能知道自己所在位置，調度指揮或其他有關單位也可掌握用戶所在位置。目前，該系統可在中國及周邊地區為單兵、車輛、艦船和直升機等提供精度為20～100米的定位服務，一次可傳送多達120個漢字的信息。所以，它特別適用於需要導航與移動數據通信相結合的場合，如交通運輸、調度指揮、搜索營救、地理信息實時查詢等。

　　怎樣破解衛星導航編碼

　　世界上現有4種衛星導航定位系統，分別是美國GPS，歐洲的「伽利略」、俄羅斯的「格洛納斯」、中國的「北斗一號」。美國的GPS因為服役早、覆蓋範圍廣、使用簡便，佔市場份額最大。其他3種導航系統都在擴容中，有進一步發展成為世界性衛星導航系統的潛力。

　　據了解，繼破解歐洲「伽利略」衛星導航系統信號之後，斯坦福大學的研究人員又截獲了「北斗」衛星信號中的偽隨機數(PRN)代碼，將其調製后得出連續波信號，再對多個周期的信號作累加平均，把信號增強並削弱雜訊，就可以解析偽隨機碼的周期和結構，繼而推導出其生成公式。如果將這些代碼和提取代碼的方法公布，就意味著任何配備導航設備的人掌握了破譯出來的偽隨機數代碼，就可以無償使用「北斗」的服務了。

　　可了解別國軍事部署

　　中國自力更生建設的「北斗」導航衛星的實戰意義，在去年的汶川大地震中得到集中體現。在通信中斷的情況下，救災部隊攜帶的「北斗」系統發回各種災情和救援信息，為指揮和協調救災發揮了巨大作用。

　　我國目前使用較廣泛的「北斗一號」導航衛星系統，是以滿足民用服務為主，兼具部分軍事用途，如：部隊調動位置定位；作戰平台的定位導航；人員搜救、水上排雷定位等。隨著我軍信息化建設的快速發展和高技術武器的不斷服役，對衛星導航定位的信息支持要求也越來越高。

　　從理論上講，美國成功破解他國編碼程序后，就可以通過先進的電子攔截設備捕捉其導航信號，以分析外軍部隊調動或者武器裝備的具體位置，進而通過GPS確認這些數據參數，也能在需要時對導航信號進行干擾。在最壞的情況下，破解別國的衛星導航定位編碼后，美國軍隊指揮官將和外軍指揮官一樣，對外軍的軍事部署和裝備位置信息了如指掌。這對別國未來的軍事行動顯然有很大影響。

　　正是出於安燃慮，我國目前正在加速建設第二代「北斗」系統，其覆蓋範圍與美國GPS大體相當，可為全球用戶提供導航定位服務，而且將採用更先進且難以破解的新型編碼，應可有效降低信號被別國破解的風險。

　　　　解濱博客/這幾天中文網路上爆傳一則消息：清華女高醒心破解北斗系統信號，拱手送給美國。 這則消息的主角是清華大學碩士畢業生，她在美國斯坦福大學讀博期間破解了歐洲伽利略衛星導航系統的密碼，后又破解了中國北斗導航系統的密碼。 這件事從學術和科研的角度來看確實很令人震驚。 雖然破解密碼的事情每年都有報道，但由中國人做出的這一類突破卻並不多見。 從實踐的角度來看，這將會推動各國的導航系統發展出更好的保密演演算法和技術。高醒心博士這項研究的意義就在於此。

 

　　高醒心博士解開的是北斗M1民碼構造的E2，E5/b和E6，通過解開這個構造證明北斗M1的應用碼構造為特性很好的偽隨機M序列，是優選對數目少，並不便於在碼分多址系統中應用的Gold碼。 偽隨機碼是目前所有利用衛星定位系統實現導航定位的基礎，所有的衛星導航系統地面接收機都必須知道如何生成某顆衛星信號中偽隨機碼才能實現信號的捕獲、跟蹤、以及後續的定位解算。一般來說衛星廣播的躬的民用信號的偽隨機碼都是面對公眾開放的，所以無所謂截獲之說。 高醒心博士對我國北斗信號所做的分析完全是正常的學術研究，而且躬發布的論文也僅僅限於民用信號，所以無所謂「我軍的北斗的偽隨機碼被美國截獲」之說，我國的國防安全也絲毫不會因此受影響。在北斗系統的信號完全穩定以後，北斗的偽隨機碼格式也一定會公諸於眾，不然用戶無法使用它。高醒心博士不過是提前破解出了B1的碼發生器。 但這東西本來也是要公布的，只是中國軍方現在捂著不讓公布而已。

密碼學中一個大忌就是使用演演算法的神秘性來保護機密。 一個演演算法無論多優秀都有被識破的可能。 所以現代密碼學大都將新演演算法公布，讓全世界的數學家來尋找解法。找不到解法的就被大家接受。 保守機密要靠密匙的強大而不是靠演演算法的神秘性。 每年的RSA會議，黑帽（Black Hat）會議，和國際密碼大會上都有新的破解被報道出來。 但衛星導航系統的碼包強固程度必須考慮地面一般用戶終端的承受程度，不能採用許多流行的加密技術，所以不論伽利略還是北斗民碼構造的碼包都不是非常強大的，甚至要依賴神秘的演演算法來保密，這種演演算法被破解也是正常的。

我們最先使用的無線上網技術（WIFI）中的中的WEP早就被破解了。 所以後來發展了WPA加密技術。 現在又要普及WPA2。十年前3DES是很流行的加密技術。現在是AES。 密碼界更新換代可以說比國內的貪官換小蜜還勤。 當然，貪官換小蜜被說出去了會讓人不齒。 但在密碼行業中，無論誰最先破解密碼，都會贏得同行的尊敬。中國現代密碼行業中最早引起國際重視的是山東大學的王小雲教授。 幾年前她的一項研究成果使美國政府和民間普遍使用的MD5和SHA-1密碼演演算法轟然倒塌，迫使美國和全世界都升級使用新的演演算法。 當王小雲的研究成果在美國加州聖芭芭拉召開的國際密碼大會上正式公布時，全世界的同行都對她表示欽佩。高醒心博士的成果，同樣應該受到同胞們的欽佩。