主题：难怪伽利略搞不下去、北斗二快马加鞭...... -- 螺丝钉

可能是我们海外华人里出的。这里算是个典型。

部份引用自新水木

美国《Inside　GNSS》杂志，披露了美国斯坦福大学研究人员成功破解我国“北斗”导航卫星信号编码程序的情况。因其中一研究人员为中国留学生，这一消息传回国内后，一度在网上传得沸沸扬扬。人们还发现，同样是这个研究团队，曾在2006年成功破解了欧洲“伽利略”导航卫星的信号编码。有读者致信本报，希望了解卫星的信号编码如被破解，会造成何种后果。本报现试作解读，仅供参考。　　　　　

“北斗”系统功能丰富

　　卫星导航定位技术是指利用一组导航卫星，对地面、海洋和空间用户进行精确定位。它具有全时空、全天候、高精度、连续实时地提供导航、定位和授时的特点，已成为应用广泛的导航定位技术。为了不受制于人，从2000年10月到2003年5月，我国先后发射了3颗同类卫星，建成“北斗一号”双星导航(另一颗为备用星)定位系统，成为世界上第3个拥有自主卫星导航系统的国家。

　　“北斗”卫星定位系统的主要任务，是在我国及周边部分地区，为中低动态及静态用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务。其基本原理是3球交汇测量：利用两颗位置已知的地球同步轨道卫星为两球心，两球心至用户的距离为半径作两球面；另一球面是以地心为球心，以用户所在点至地心的距离为半径的球面，3个球面的交会点即为用户位置。

　　当“北斗”用户提出申请或按预定间隔时间进行定位时，不仅用户能知道自己所在位置，调度指挥或其他有关单位也可掌握用户所在位置。目前，该系统可在中国及周边地区为单兵、车辆、舰船和直升机等提供精度为20～100米的定位服务，一次可传送多达120个汉字的信息。所以，它特别适用于需要导航与移动数据通信相结合的场合，如交通运输、调度指挥、搜索营救、地理信息实时查询等。

怎样破解卫星导航编码

　　世界上现有4种卫星导航定位系统，分别是美国 GPS，欧洲的“伽利略”、俄罗斯的“格洛纳斯”、中国的“北斗一号”。美国的GPS因为服役早、覆盖范围广、使用简便，占市场份额最大。其他3种导航系统都在扩容中，有进一步发展成为世界性卫星导航系统的潜力。

　　据了解，继破解欧洲“伽利略”卫星导航系统信号之后，斯坦福大学的研究人员又截获了“北斗”卫星信号中的伪随机数(PRN)代码，将其调制后得出连续波信号，再对多个周期的信号作累加平均，把信号增强并削弱杂讯，就可以解析伪随机码的周期和结构，继而推导出其生成公式。如果将这些代码和提取代码的方法公布，就意味着任何配备导航设备的人掌握了破译出来的伪随机数代码，就可以无偿使用 “北斗”的服务了。

可了解别国军事部署

　　中国自力更生建设的“北斗”导航卫星的实战意义，在去年的汶川大地震中得到集中体现。在通信中断的情况下，救灾部队携带的“北斗”系统发回各种灾情和救援信息，为指挥和协调救灾发挥了巨大作用。

　　我国目前使用较广泛的“北斗一号”导航卫星系统，是以满足民用服务为主，兼具部分军事用途，如：部队调动位置定位；作战平台的定位导航；人员搜救、水上排雷定位等。随着我军信息化建设的快速发展和高技术武器的不断服役，对卫星导航定位的信息支持要求也越来越高。

　　从理论上讲，美国成功破解他国编码程序后，就可以通过先进的电子拦截设备捕捉其导航信号，以分析外军部队调动或者武器装备的具体位置，进而通过GPS 确认这些数据参数，也能在需要时对导航信号进行干扰。在最坏的情况下，破解别国的卫星导航定位编码后，美国军队指挥官将和外军指挥官一样，对外军的军事部署和装备位置信息了如指掌。这对别国未来的军事行动显然有很大影响。

　　正是出于安全考虑，我国目前正在加速建设第二代“北斗”系统，其覆盖范围与美国GPS大体相当，可为全球用户提供导航定位服务，而且将采用更先进且难以破解的新型编码，应可有效降低信号被别国破解的风险。

所谓通讯，就是要将信息及时，正确，安全的从源头传到目的地。

一般来说，要在源头进行编码和调制，对应的，在目的地进行解调和解码。有关通信的流程设计和控制，因为实在是太复杂了，容我在此略过。

先说编码吧。

编码就是把按照事先约定的规则，把信息进行一种转换。

//------以下内容可以略过--------------------

它可以是原始的具体的树：

---如果是二鬼子来了，放倒一棵信号树；如果是鬼子来了，放倒两棵信号树；如果一起来，放倒三棵信号树。

也可以是现代的具体的话：

---今天一定要当着办公室的同事的面，对她说“嫁给我”

---今天一定好好告诉那个臭小子,“你没房没车配不上我”

或者是摩登的抽象的文件：

---今天一定要把那个家伙偷拍邻居MM的镜头偷拍下来，寄给他的LP

而调制对应的，就是放倒消息树的动作，或者声带的充满感情的振动，或者是一个堆JPG文件的产生。

当然，现实不是完美的。

先说编码吧，一个好的编码方案必须能够传达足够丰富的信息量，消息树的方案没法表明敌人的数量；声带的振动没法表达心灵上的渴望；JPG文件是静态的图像，不是连续的录像。

一个好的编码方案又能尽可能的减少信息的冗余，废话，多余的话，重复的话少说，从而减低调制时的工作负荷。

【经典编码实例】

哈里斯·福特船长面对莱雅公主求爱的回答：I Know是多么地浓缩了千言万语啊。

而调制呢，要可靠，经得起干扰。消息树前不要有云飘来；求爱前，老板别来讨债；偷拍时千万不要被对面的偷窥狂看到。

//------以上内容可以略过--------------------

我们通常接触到的MP3文件，JPG文件等，就是对声音和图像进行MP3和JPG编码。MPEG, MOV, DAT等是结合了声音和图像的编码。

在扩频通信系统中，有类似的将声音和图像变成0和1的编码过程。在编码的过程中，充分采用了信息压缩技术，从而大大减少了0和1的个数（对比一下WAV和MP3,BMP和JPG文件的大小，就可以了解压缩是多么重要）。

当然，要对信息进行加密，在相应的加密算法后面站着一大堆数学家和密码学家。

好了，我们将原始信息变成一串0和1了，可以调制了吗？

且慢，由于传输的过程不可能万无一失，因此我们现在要

1. 有意增加信息的冗余，例如通过插入校验码和特征块，从而可以使得接收端判断出信息的传输错误，并在一定程度上自动纠正，这就是前向纠错

2. 有意改变信息的传输次序，例如把数据块在一个方格中横向排列好后，从纵向进行抽取发送，从而将在时间上集中的传输错误分散到不同的数据块，这就是离散，或者叫卷积。

好了，总算可以说说调制了。

站在接受者的角度，他要做两件事：

1.先把需要同他通话的无线发射站的信号从其他信号中分离出来。

2.而后把需要同他通话的信号从其他的信号中分离出来。

所以在扩频通信中，一般在调制时分为三步

1. 对每一路信息流，根据正交算法，分配一个正交码，进行扩频正交变换（要传输的比特数一下子多了2的N次方倍）

2. 再叠加上用来分辨无线发射站的正交码

3. 最后才真正进行相应的信号调制和反射。

在第一步骤中，主要考虑的是码字的选择使得信号像噪声一样，以安全为重。

在第二步骤中，主要考虑的是接受端能够抗拒多径效应，迅速与发送端同步。

因而接收端就可以先快速同步到对应的无线发射站，进行一连串信令对话后，解调出对应的信息流。

于是乎，就有很多不同的码字家族，和很多令人眼花撩软的专业名词和术语了。

因此，对于一个成熟的扩频通信系统而言，完全破解和伪造几乎是不可能的。通常是采用变态的强噪声进行干扰，使信号无法进行同步。

//---------很不严谨的说明-----

在码分多址（CDMA)通讯系统中，原始信息（0和1）必须要扩频，即乘上一个正交的伪随机特征码，从而使得结果看上去象噪声一样。

这个伪随机特征码，就叫Gold Code, 而且必须是相互正交的。

为什么要正交的才行呢？这就如同在同一间拥挤的客厅里，很多人在同时讲话，对于一对正在用汉语交谈的人，可以很方便地过滤掉旁边一对正在用不知道是哪一国语言交谈的人的话（正交可以抗干扰），但是如果旁边一对人正在用湖北话讨论股市内幕消息，你肯定会受干扰。

因此，充其量是说北斗的扩频方式被破解，而如果民用的话，这类信息本来就要提供的。

真正有价值的，是那些被扩频了的编码代表的含义

这就如同美军知道日本大本营发了一份电报

“登新高山，1208”

可是没法知道真实含义是：

“12月8日，袭击珍珠港”