RSSPI铁路信号安全通信协议

RSSP-I铁路信号安全通信协议

（V1.0）

2010年4月

目录

1.简介 (3)

1.1目的及范围 (3)

1.2参考文献 (3)

1.3术语和定义 (3)

1.4缩略语 (4)

2.参考结构 (6)

2.1综述 (6)

2.2系统结构及接口 (8)

3.安全防御技术 (10)

3.1序列号 (10)

3.2时间戳 (10)

3.3超时 (10)

3.4源标识 (11)

3.5反馈报文 (11)

3.6双重校验 (11)

4.报文定义 (12)

5.安全通信交互协议 (16)

5.1安全数据交互原则 (16)

5.2安全校验过程 (19)

6.参数配置要求 (22)

1.简介

1.1目的及范围

1.1.1.1.本规范规定了信号安全设备之间通过封闭式传输系统进行安全相关信息

交互的功能结构和协议。

1.1.1.

2.本规范适用于铁路信号安全设备之间的安全通信接口。

1.2参考文献

[1]GB/T24339.1—2009 轨道交通通信、信号和处理系统第1部分：

封闭式传输系统中的安全相关通信

[2]GB/T24339.2—2009 轨道交通通信、信号和处理系统第2部分：

开放式传输系统中的安全相关通信

[3]EN-50128:2001 Railway applications –Communications,

signalling and processing systems – Software for

railway control and protection systems 铁道应用:

铁路控制和防护系统软件

[4]EN-50129:2003 Railway applications–Communication, signalling

and processing systems–Safety related electronic

systems for signalling铁道应用：安全相关电子

系统

1.3术语和定义

本文件中使用了标准GB/T 24339.1和GB/T 24339.2的定义，并附加使用了以下术语。

变量名称 (依赖变量参数名) 在本规范算法描述中，用于表示本

变量根据括号内指示的变量参数名

称具有不同的取值

1.4缩略语

RSSP Railway Signal Safety Protocol 铁路信号安全协议

SID Source Identifier 通信源标识，每个计算通道有一个

预定的标记参数（32位长）

T(N) Time stamp at cycle ?N‘通信方在第N周期时的时间戳，每

个计算通道有一个实时演算的取值

参数（32位长）

SVC Safety Verify Code 通信方的安全校验码，每个计算通

道有一个实时演算的取值参数（32

位长）

SCW System Check Word 系统校验字（32位长），用于标识

安全层协议的正确特性

SINIT Sequence Initialisation 序列初始作为启动安全数据信息交

换过程前的通信建立要求生成的结

果。每个计算通道有一个预定的标

记参数（32位长）

CRC Cyclic Redundancy Check 循环冗余码校验，以循环码为基

础，用于保护报文免受数据损坏的

影响

LFSR Linear Feedback Shift Register 线性反馈移位寄存器

~

<使用 LFSR 的左移位运算符

~

>使用 LFSR 的右移位运算符

2.参考结构

2.1综述

2.1.1.1 封闭式网络在GB/T 24339.1中定义为：―连接的设备数量固定或最大数量固定，有已知且固定的特性的传输系统，对于此系统可以忽略非法访问的风险。‖

2.1.1.2 参照GB/T 24339.2中关于传输系统的威胁源说明，对于封闭式传输系统而言，可存在的威胁有：

数据帧重复；

数据帧丢失；

数据帧插入；

数据帧次序混乱；

数据帧错误；

数据帧传输超时。

2.1.1.3 为降低上述威胁风险，RSSP-I采用从接收端角度设计的保护算法，要求接收端必须对接收到的信息做出以下检查:

发送端的源信息(真实性)；

信息帧的正确性(完整性)；

信息帧的时效性(实时性)；

信息帧序列的正确性(有序性)。

2.1.1.4 参照GB/T 24339.2中关于具体防护说明，RSSP-I选用以下具体防护措施：

序列号

时间戳；

超时；

源标识；

反馈报文；

双重校验。

有关上述防护威胁措施的适用性，可参见表1：

表 1 威胁/防御矩阵

2.2 系统结构及接口

2.1.1.1 参照GB/T 24339.2中关于参考结构说明，安全通信系统间的总体结构为图 1所示。

设备1

设备2

安全相关协议数据单元

图 1 安全通信系统的总体结构

2.1.1.2 安全信息传输的应用协议(A 接口)参见各安全设备间应用层协议，不属于本规范范围。

2.1.1.3 应用程序与安全功能模块间(B 接口)为软件内部实现要求，不属于本规范范围。

2.1.1.4 安全功能模块（C 接口）采用RSSP-I 安全协议机制，实现对传输系统中的通信威胁防护，具体描述参见后续章节。

2.1.1.5 安全功能模块与通信功能模块间(D 接口)为软件内部实现要求，不属于本规范范围。

2.1.1.6 通信功能模块提供非置信的传输(E 接口)，应提供以下功能：

物理传输层的适配，须根据具体接口应用要求描述，不在本规范

中定义；

通信链路的冗余处理功能，须遵守本规范第5.1节要求；

数据的可靠、透明和双向传输，参照本规范第5.1节要求；

通道可用性监测，并交由应用层报告给外部系统：须根据具体接口应用的超时时限要求进行检测判定。

2.1.1.7 本规范不对数据链路层作规定。

2.1.1.8 本规范不对物理层作规定。

2.1.1.9 操作和维护（O&M）属于具体实施的范畴，本规范不作规定。

3.安全防御技术

3.1序列号

3.1.1.1 顺序编号是在通信双方交换的每条报文上加一个32位的流水号。这样，接收端可以校验发送端提供的报文顺序。

3.1.1.2 本序列号采用的是系统通信周期序号，故即可作为系统发送报文时的序号，也可作为存储在本地存储器中的报文超时。

3.2时间戳

3.2.1.1 由两个32位长的伪随机数表示，用于确认在每个系统周期时的强制增量。

3.2.1.2 时间戳与序列号保持同步递增。

3.3超时

3.3.1.1 报文应从生成时刻起的有限时间段内保持有效。

3.3.1.2 接收端对接收报文经检验确认有效后，应更新存储为最近接收的报文时间戳。

3.3.1.3 接收端需执行以下两种超时处理，超时时间参见本文第6节：

若是存储的报文时效检验超时，应完全清除该报文数据。

若是接收的报文时效检验超时，须启动时序校正机制，方可接受新报文。

3.4源标识

3.4.1.1 所有通信方均有一对唯一的32位长ID，随同安全数据一起发送。

3.5反馈报文

3.5.1.1 时间戳同时包含序列信息，随同安全数据一起发送。

3.5.1.2 若接收端校验到发送报文序列非预期内的增量，则启动时序校正交互。

3.5.1.3 若接收端向发送端发送时序请求时，发送端须按接收端要求反馈时序应答，接收端再根据时序应答报文重新计算发送端的时序同步位置。

3.6双重校验

3.6.1.1 采用两个32位长CRC，确保安全传输所要求的漏检差错概率。

3.6.1.2 另加两个32位长的固定系统校验字，随同安全数据一起发送。

3.6.1.3 系统校验字用于标识安全层协议的正确特性。

4.报文定义

4.1.1.1 RSSP-I的报文结构如图 2所示。

图 2 报文结构

4.1.1.2 用户数据包内的多字节域须按具体应用规范要求顺序排列；其它报文内的多字节域均按小端顺序排列（即低字节在前）。

4.1.1.3 报文尾CRC16应根据报文头、安全校验域和用户数据包生成，CRC16生成多项式为G(x)=X16+X11+X4+1，计算初始值为0。

4.1.1.4 RSSP-I在安全通信交互中使用到以下三种报文，如表2所示。

表 2 报文类型

4.1.1.5 RSD报文格式定义参见表3所示。

表 3 RSD报文格式

协议交互类别字段：0x01时表示接收端须待同步校时正确后才能认为该帧有效，适用于主机发送的安全数据；0x02时表示接收端不需作同步检查(接收端不触发SSE帧)即可视该帧为有效帧，适用于备机发送的安全数据，以表示物理通道连接正常，但不使用其具体用户数据包做功能安全运算。

时间戳是基于一个32位的线性反馈移位寄存器值，初始值T(0)=SID, 按系统周期移位并使用固定多项式作附加干扰输入。时间戳与本地周期计数器对应同步递增。

关于安全校验通道CRC_M字段中所使用的参数配置，见表 4所示。

表 4 安全通信通道的算式参数

4.1.1.6 当接收端检验到当前安全数据报文时序已超过预定的容忍范围时，需向发送端发送时序校正请求（SSE），用于请求时序同步校正，参见表 5。

表 5 SSE报文格式

有关接收端对触发SSE的检测机制参见5.2节。

4.1.1.7 时序校正应答（SSR）用于回应时序校正请求（SSE），参见表 6。

表 6 SSR报文格式

有关接收端对SSR的时序校正实现说明，参见5.2节。

5. 安全通信交互协议

5.1

安全数据交互原则

5.1.1.1 图 3描述了发送端与接收端间的安全数据交互原则：即接收端须实时检测从发送端来的RSD 时序性，若有时序错误，就触发时序校正机制，且仅在时序校正恢复后才接受RSD(如：B<->A)。若当前时序正常，就只需单方向实时发送RSD 即可，不必触发校时 (如：B<->C)。

接收端A

发送端B

接收端C

能够处理来自B 的安全数据不能接受来自B 的安全数据

时序校正

恢复

检测到时序有误

图 3 安全数据交互示例

5.1.1.2 当同一周期内有多个报文发送时，须遵守下列要求：

1) 同一周期内连续的两帧发送时间间隔不得小于5毫秒，以便接收端识别出不同的完整报文。

2) 同一周期内的多个报文须使用相同的序列号，用于标识属于同周期发送的数据。

3) 对同一周期内多个报文的发送次序，至少存在两种可能的处理方式：

a) 停发该周期的RSD 报文；

b)RSD报文必须在SSE、SSR报文之前发送；

a)和b)选一。

5.1.1.3 对于设备单系的冗余通道报文发送控制，须遵守下列要求：

1)所有类型的报文都应在冗余通道上传输；

2)在冗余通道上传输的报文数据内容应相同。

5.1.1.4 对于设备双系的报文发送，须遵守下列要求：

1)备系不得发送SSR报文；

2)当备系需校正外部系统传送的主系RSD时序时，才发送SSE报文；

3)有关备系是否实时发送RSD报文，参见具体的应用接口规范要求执

行；

4)双系间切换应能在1.5秒内完成并与外部系统建立安全连接，至少存在

两种可能的处理方式：

a)备系实时同步获取主系的安全通信参数，包括本地序列号和相应时

间戳，以及从外部系统接收的序列号与相应时间戳，当备系升为主

系后，沿用原安全通信连接；

b)双系间最多500ms内完成倒机，当备系升为主系后重新与外部系统

建立安全连接；

a)和b)选一，若双系间切换不能满足要求，必须使用a)。

5.1.1.5 接收端对冗余通道数据的取舍处理，须遵守下列要求：

1)若是冗余的SSE或SSR报文，

a)通信功能模块应先校验该SSE、SSR的报文头尾有效性，若有误应

直接丢弃，否则全部透明转发给安全功能模块进行校验；

b)当安全功能模块接收到任一SSE报文且本地处于主系状态，即构建

相应的SSR报文，并发送给相应的外部系统；

c)当安全功能模块接收到任一SSR报文时，应按图 4流程处理；

图 4 SSR报文校验处理（安全功能模块）

2)若是冗余的RSD报文，：

a)通信功能模块应先校验该RSD的报文头尾有效性，若有误应直接

丢弃，否则经冗余取舍处理后再决定是否转发给安全功能模块进行校验；

b)通信功能模块对冗余RSD的取舍处理原则为：如果RSD的序列号

等于最近上一次接收的报文中的序列号加1，则将该RSD报文转发给安全功能模块检验；其它情况下，均应丢弃该RSD报文。本地

应始终存储最近上一次接收的RSD 报文中的序列号。 c) 安全功能模块对RSD 报文校验，参见5.2节。

5.2 安全校验过程

5.2.1.1 安全功能模块首先对来自通信功能模块转发的RSD 报文头尾进行有效性检查，若有误则直接丢弃。

5.2.1.2 安全功能模块再对RSD 报文中的安全校验域进行检查，若有误，须触发时序对齐校正,参见图 5和图 6。

M 列容忍差值

N L 是最近一次有效的序列号

图 5 序列号校验

若该值与预期计算不同，即认为时序有误

N-N L 个间隔,还需再

L -1个遍 0操作；1个间隔）

若相差N-N L 个间隔,则选取

有N-N L -1个 SID 操作的值（本图是按1个间隔)

^异或^异或~<

~<

图 6 SVC 校验