BPC电波授时信号伪造
BPC协议
BPC电波授时编码摘要本发明涉及一种电波授时编码。
其特征在于：帧周期为20秒，每分钟包含三帧；以秒脉冲宽度表示四进制数的0，1，2，3，以四进制数表示相应的“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息；以帧标志表示帧所在的时间段，以缺少秒脉冲作为帧间隔和帧预告标志；采用码位复用技术。
本发明克服了现有的时间编码帧周期过长的缺陷，接收一帧时间信息所用的最少时间由1分钟减少到20秒，提高了接收机效率，降低了对抗干扰的要求。
名词术语解释：时间编码：以数字脉冲信号的方式对“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息进行编码。
方波秒脉冲：数字脉冲信号的波形为方波，其周期为1秒。
帧(即时间信息帧)：一组包含“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息和必要的校验标志位的编码(或代码)。
帧周期：一帧的起始到下一帧的起始所用的时间。
背景技术：电波授时是将高精度原子钟导出的精确时间信息用时间编码方式，通过无线电发射装置以低频(20KHz—100KHz)无线电波进行传播，用户端利用无线电接收机接收信号立解调以恢复时间编码，再经过微处理器对编码进行一定的处理(解码)得到精确时间信息。
目前在德国，美国，英国，日本等国家，电波授时已广泛应用于电力，通信，民航，铁路以及个人计时器等各个领域。
电波授时所采用的时间编码是影响时间信息传播准确性和可靠性以及发射，接收装置制造难易程序的重要因素。
现有时间编码包括DCF(德国)，MDF(英国)，WWVB(美国)，JJY/JG2AS(日本)等，这些时间编码的共同特征是：以方波秒脉冲形成时间编码；以脉冲前沿标志1秒的起始，以不同的脉冲宽度(即方波脉冲信号持续时间)表示二进制数的1或0,以二进制数表示“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息，1分钟一帧，即周期为1分钟。
由于无线电波传播过程中不可避免地要受到各种干扰，因此信息失真，错码，漏码等就成为可能。
常用授时方式介绍(上)
从电台报时到低频时码授时——几种常用授时方式介绍（上）怎样校准家里或工作场所的钟表？以前我们都是习惯于在整点时收听广播电台“嘟－嘟－嘟－……嘀”的报时信号。
现在呢，可用于对时的手段就很多了：除了听电台的整点报时信号外，还可以看电脑显示的时间、电视机屏幕上显示的时间、手机上的时间、汽车导航仪上显示的时间等等。
这几种对时方法的准确程度是不一样的。
有的可能只差半秒一秒，有的可能会误差十几秒。
如果你对时间误差要求不高的话，那么上述对时方法都是可行的。
但如果你对此有较高的要求，那么应该采用哪种“授时”方式来获得精确时间呢？“授时”一词，据说源自《尚书》尧典篇：“历象日月星辰，敬授民时”。
现代的“授时”，是指授时中心(或天文台)，把精确的时间，通过无线电波或其他传播手段传递给用户的过程。
在这个过程中，由于传递方式的不同，会产生不同的授时误差。
广播电台报时先来看看多年来我们早已习惯的广播电台报时。
现行的国家标准（GB/T 4961-1999）规定：广播报时信号由六声短音组成，在每小时的整点前报出五声低音（800Hz），整点时报出一声高音（1600Hz），并以该高音的起点作为整点信号。
第一响（预告音）在59分55秒时报出，然后每秒一响，这五响预告音的持续时间各为0.25秒，而整点时的一响为0.5秒。
中央级广播电台的报时准确度应优于0.01秒，地方广播电台的报时准确度应优于0.05秒。
八十、九十年代，就有一些大型钟的控制电路是通过检测电台广播中的报时信号，然后用来将大钟自动校准的。
（可以在知识产权局的专利文献数据库中检索到这样的一些专利申请案。
）但由于广播电台报时的授时精度太低，且只在整点(或半点)时发布，再加上目前有许多电台(甚至包括央广)的报时误差严重超标(据业内人士说这与直播实行延时播出制度有关)，因此，它仅能用于日常生活中的粗略对时。
至于电视机所显示的时间，由于卫星传输等导致的延迟及加密解密导致的延迟，往往有较大的滞后误差。
bpc 长波授时精度
bpc 长波授时精度
BPC（Beidou授时信号）的长波授时精度受到多种因素的影响。
首先，长波信号的传播受到大气层和电离层的影响，这可能导致信
号的传播延迟和失真。
其次，接收设备的精度和稳定性也会影响
BPC信号的接收和处理精度。
此外，地面基准站的布设和维护也对BPC信号的精度起着重要作用。
最后，BPC系统本身的设计和运行也
会影响长波授时精度。
综合考虑以上因素，BPC长波授时精度可以
在一定范围内得到保障，但在实际应用中仍需考虑到各种可能的误
差来源，并采取相应的校正和补偿措施以确保精度要求的满足。
BPC低频时码标准时间模块说明书
BPC低频时码标准时间模块说明书一﹑基本工作原理1、长波授时：无线长波授时是一种满足人们对标准时间渴望的较廉价的解决方案，尤其适用于民用方面。
中国国家授时中心将经过编码（BPC码）与调制的标准北京时间信息以低频（68.5KHZ）载波方式通过发射台发射出去，标准时间精度来源于铯原子钟并与世界协调时同步。
2、工作原理：标准时间模块总体组成示意图如下：GND秒脉冲时间信息其基本工作原理为：接收天线接收BPC长波低频时码信号，经接收芯片放大、解调、比较后，送入MCU。
MCU将BPC编码信息解码还原为时间信息，再根据通讯协议为客户机送出标准北京时间信息（年、月、日、时、分、星期等）。
3、长波传播特性：长波无线电波有其独特的传播特性，它可以较好地沿地表传播，大气层中的电离层亦可将长波信号折射回地球表面，因而其发射覆盖面积非常大。
鉴于电磁场特性，电磁场强度将随位置及方向的不同而有较大差异。
二﹑具体工作方式1﹑输入要求：由客户机提供+5V电源及接地输入。
2﹑输出方式：标准时间模块输出全时间信息及秒脉冲(标准TTL电平)。
本模块信号接收与发送交替进行。
上电后，模块首先进入信号接收状态，信号接收完成后，将转入发送。
信号接收时间为2〜10min。
如10min仍收不到信号，亦自动退出接收转入发送。
如为强制接收（按强制接收按钮），则一直接收直到收到信号为止。
发送时，MCU将时间信息按照输出编码格式送出，同时送出秒脉冲。
发送时间为10min。
发送完成即转入信号接收。
3﹑输出编码格式：由一根信号线串行输出BCD编码格式的时间信息。
一秒一位BCD码。
输出信息：年(0〜99)﹑月(1〜12)﹑日(1〜31)﹑星期(1〜7)﹑时(0〜23) 分(0〜59) ﹑未接收到小时数(0〜9)。
用一秒内高低电平宽度来表示一个BCD码(0〜9)，二十秒一帧。
信息表示： 0〜9：100ms〜1000ms低电平。
0s 10s 20s分(低) 校验空秒(全低99)分(高）时(低)时(高) 未接收到小时数日(低)日(高)星期月(低)月(高)年(低)年(高)帧序帧头(全高)注：第一秒的起始即为该帧信息时间的起始点。
陆基无线电授时系统信号分析与解算
i
c
a
t
i
ono
ft
imeandt
hepr
opo
s
a
lo
ft
imi
ngwa
rmaket
hec
oun
t
r
r
e
ypay mo
a
t
t
en
t
i
ont
ot
hec
omp
l
e
t
ene
s
sandf
l
ex
i
b
i
l
i
t
ft
het
imi
ngs
t
em.I
na
c
c
o
r
danc
ewi
t
ht
her
equ
i
r
e
yo
ys
,
,
men
时间信号 时 域 图;最 后,分 析 我 国 陆 基 授 时 体 系 的
图 1 授时精度、用户数量对比
不足,并 根 据 授 时 战 需 求 给 出 应 对 授 时 战 的 技 术
路线。
1 我国整体授时体系
我国主要授时体 系,按 信 号 传 播 方 式 可 分 为 陆
基无线电授时系统、星 基 授 时 系 统 以 及 其 他 授 时 系
t
so
ft
het
imi
ng wa
rs
t
a
r
t
i
ngf
r
omt
heove
r
a
l
lt
imi
ngs
t
emi
BPC低频时码授时系统的建立2
BPC 低频时码授时实验系统的建立吴贵臣（中国科学陆军陕西天文台西安临潼）一、概述我国的长、短波授时体系满足了很多方面的时频应用，但随着科技的发展，愈来俞显得不足。
其中明显的两个问题是：授时信号不含时间和日期的数字信息，限制了技术自动系统的使用；用户设备的价格也限制了广大用户的使用。
国际电信联盟（ITU—R）一直倡导时码技术的应用，我们针对我国时频资源的现状，进行了授时系统的扩展的研究，其中之五是扩展长波时码授时系统。
1994年8月完成了民用低频授时台的可行性预研。
1995年初，作为“国家授时系统”的子项目之一，申请国家“九五”大科学工程未果。
1996年争取以与企业合作的形式开始工程设计与实施。
其间经过漫长的申请道路，1997年3月，国家无委办公室批准使用LF频率的申请。
1997年底专门研制的大功率全固态长波发射机运至装机现场，并于1998年5月系统联调成功。
相对于本来就有低频时码发射，在卫星授时先进、普及，然而对低频时码授时产生了新的热情的美国和日本，这次我们走在了前面：美国WWVB电台升级改造计划1997年实施，1999年完成；日本重建JGZAS低频台，1999年6月10日发播。
二、系统设计1.台站位置陆基长波授时系统（载频在40——80KHZ）用单台覆盖很大的区域，因此要有较大的功率，因为波长很长，故天线系统相对庞大。
这决定了系统要用较大的造价。
考虑到：（1）我国原BPL授时系统设备有较大冗余；（2）用户设备中电子器件已有较大进步，整机有较强的保持能力，无需每天多次校准；（3）BPL台位于我国版图中部，适宜以单台覆盖最大面积。
故决定在原BPL台基础上进行利用扩展。
利用原BPL天线系统，下加双掷高压开关，使二系统分时工作。
这样可大大地降低系统造价。
存在的问题是不能长时间连续工作，可考虑用充分研究电波传播特点，优化选择工作时间和工作方式的方法加以弥补。
因此，台站位置就定于陕西渭北高原之蒲城。
2.频率选择频率选择要尊重国家和国际无线电管理部门的有关规则和规定。
电波钟覆盖范围
电波钟覆盖范围
覆盖范围2000公里左右，远了信号不稳定。
中国码电波钟是接收中国国家授时中心电波塔(河南商丘)发射的北京标准时间无线电信号BPC(频率6 8.5KHz)，通过时钟内置微处理器转换，控制时钟的走动，使时钟显示时间与北京标准时间保持准确一致。
电波钟在日本和欧美使用非常普及，而我国2007年才建成电波发射塔。
电波钟是目前最精确、简单的计时工具，给您带来全新的高科技计时技术体验，享受简单计时生活。
电波钟覆盖范围
以国家授时中心陕西蒲城发射台为中心，半径1000公里（地波）和2 500公里（天波），接收传输的信号以夜晚时间段效果最好。
BPC低频时码授时技术
BPC低频时码授时技术低频时码授时技术是国际电信联盟（ITU）一直推荐的一项技术。
它在低频频段工作，可同时以模拟和数字两种模式提供标准时间及频率信号。
由于充分利用微电子技术，使用户设备可以做得非常简单价廉，故在多个领域得到了广泛的应用。
如在中低精度军用、电力电网同步、通讯网同步、金融证券系统、电子政（商）务、钟表产业等诸多领域的大规模应用成为可能。
在传统的钟表产业中，时码技术应用更是给计时带来了被业界称为"革命性"的影响，"它的出现开拓了时间计量的新里程，从而将对世界经济的发展产生重大的影响"（摘自中国钟表协会给国家领导人的报告）。
在国防建设、国家安全范畴也有多方面的可能应用。
如我军某综合信息系统、指挥系统等，该技术十分适用。
在国际上，继德国成功开发和广泛应用该技术以后，美国和日本也重新重视低频时码技术。
美国政府制订了三阶段的升级改造计划，将原WWVB电台的设备更新，辐射功率从13KW增至25KW，又增至50K W。
日本则废掉原JG2AS电台，重新又购置美国设备在东京东北和九州地区新建两个大功率台，其中的九州台的方向性图明显针对中国。
国际电信联盟最新建议书也表明，低频时码相关技术研究和发展，在3～5年内将是各国研究的热点。
低频时码授时系统国家授时中心从1993年起开始跟踪此项技术。
经过多年的努力，和企业合作开展的"低频授时扩展及应用产业化"项目取得了决定性进展，在授时中心建成了可实用的试验台已成功发播，发播呼号"BPC"，经国家无委批准使用频率为68.5KHz。
系统化的研究工作取得了重要突破。
我们研究的编解码方式，效率是国外同类信号的三倍。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
时间都去哪了？！
——BPC电波授时信号的“零成本”伪造
阿里巴巴移动安全
工作日，上班路上，看一眼情人节女友刚送的六局电波表。
咦，出门明明还早，怎么眼看要迟到！别慌，可能只是你被“黑”了。
什么，你戴iWatch？那可以看看这篇：GPS信号伪造。
电波钟/表顾名思义就是通过接收电波授时信号实现自动对时的钟表。
以“电波表”为关键字在淘宝搜索，可以看到相关产品很多。
其中主要是几个日系的手表大厂，如卡西欧、西铁城、精工、东方双狮等，此外国产品牌也有几个，就不一一列举了。
我们后面实验中用到的是一台挂钟，由国产品牌康巴丝生产。
授时电波一般由国家负责标准时间的专门机构进行播发。
所广播的时间是国家标准时，由多台高精度原子钟组成的守时钟组产生。
授时电波采用频率低于100千赫的长波波段，不易被遮挡，因此一个发射站就可以基本覆盖一国国土。
中英美日德等国有各自标准的长波授时服务，不仅名称不一，所用的频率和编码也不同，也就是开头提到的所谓六局（日本面积虽小，但有两局）.
我国的长波授时服务BPC，由中科院国家授时中心与某企业合作建立，面向民用。
BPC广播站设立在河南商丘，频率为68.5千赫。
采用脉宽调制，码率1赫兹。
每个编码脉冲宽度为0.1s，0.2s，0.3s或0.4s，分别代表四进制的 0，1，2，3。
而这一串四进制的数字是由播发时刻的秒、时、分、星期、日、月、年插入几个校验位组成的，长度为20s，并无任何加密手段。
也就是说20秒的信号才可以完整传达当前日期和时间。
这一编码方式相比其他各国60秒一帧的方法，对时过程更快。
另外需要提醒一下，BPC电波授时编码属于
某企业的专利技术，不能私自用于商业盈利。
既然是专利，就不妨再公开引用一次，编码示意图如下。
说了这么多，同学们应该对电波授时和电波钟表也有了大概的了解。
下面讲讲如何“黑”的问题。
思路很简单：伪造授时电波信号，盖过真正的BPC电波，电波钟也就乖乖听咱的了。
如何产生信号呢，我们采用了一台安捷伦最新款PSG系列信号发生器——开玩笑的，我司怎会有这，只有笔记本电脑。
好吧，就用笔记本。
是的，就用笔记本！
笔记本电脑就位后，照着专利说明书写一个程序，将日期时间翻译成BPC编码，然后将编码通过电脑自带的音频输出播放出来。
为了避免笔记本自身杂散电磁辐射造成干扰，我们利用耳机作为播放设备。
为了增强信号强度，我们把耳机粘在钟表背后靠近接收天线的位置，把音量调到最大。
编造一个错误的时间，运行程序开始发播信号，人耳可以听见脉冲通断的声音。
按下电波钟背后的对时按钮三秒钟，表针暂停，进入对时模式。
静待几分钟，电波钟从信号中获取错误的时间，表针快速旋转至指定时间，对时成功！
（对时过程有视频为证，点击查看视频）
讲到这里，肯定有同学要说，声卡最高只能输出22千赫的声音，怎么能发出68.5千赫，还是电波信号，你不要骗我！且慢，其实是笔者刚有意漏掉一个关键点现在来讲。
电
脑所播放的音频信号实际上是有讲究的，我们选择了68.5千赫的5分频，13.7千赫，以此作为载波在上面加载BPC编码。
耳机发声就是靠线圈产生变化的磁场推动振膜实现的，因此发出听得见的声音的同时，也在发出听不见的电磁波。
当我们把输出音量调至最大，耳机的非线性效应显著起来，频率成分中不仅有基频成分（13.7千赫）还有倍频成分，其中也就包含13.7千赫的5倍频信号68.5千赫，也就是BPC的载波频率。
这样也就实现了标题所说的“零成本”。
作为一名合格的白帽子，讲了“攻”怎么能不讲“防”？防范措施就是我们做了一个艰难的决定，还是不公布源代码了。
这样好歹熊孩子恶作剧之前还得好好做上两晚上功课。
实际上仅仅从BPC的编码上来说，由于其非常简单透明，是很难防止类似攻击行为的。
好在现在获取时间信息的手段多种多样，通过移动网络、有线网络、GPS、北斗等都可以获得非常准确的时间，因此采用多个时间来源相互参照，能够大大降低因被攻击造成损失的概率。