【摘要】：無(wú)人機(jī)具有成本低、機(jī)動(dòng)性高、適應(yīng)特殊環(huán)境、生存力強(qiáng)、操作便捷且不會(huì)有人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn),因此在民用的救援、航拍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,同時(shí)也在軍事領(lǐng)域中大放異彩。一旦無(wú)人機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)被對(duì)手破壞,那么后果不堪設(shè)想,因此對(duì)無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信安全問題的研究具有極大的意義與價(jià)值。無(wú)人機(jī)群的通信依靠無(wú)線網(wǎng)絡(luò),因此極容易被竊聽和遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制由于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、計(jì)算開銷、安全性等種種原因都不適合無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò),而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理方案從多方面考慮均為較理想的選擇。本文研究了常見的密鑰分配方案和密鑰協(xié)商協(xié)議,分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn),提出了適用于無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全通信方法,本文的主要工作成果如下:(1)對(duì)常見的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)密鑰分配方案進(jìn)行了綜述,介紹了經(jīng)典方案的原理,指出它們的優(yōu)點(diǎn)與不足、適用場(chǎng)景和典型應(yīng)用;詳細(xì)比較分析了現(xiàn)有方案的性能;對(duì)相關(guān)理論和方案進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)和理論分析;介紹了計(jì)算安全和信息理論安全的有關(guān)概念。(2)為了研究無(wú)人機(jī)的通信安全協(xié)議,深入研究了基于門限安全的對(duì)密鑰管理方案,在對(duì)稱矩陣的門限安全方案基礎(chǔ)上,引入分組思想,提出了一種新的無(wú)人機(jī)群網(wǎng)絡(luò)對(duì)密鑰預(yù)分配方案。與原密鑰分配方案進(jìn)行了對(duì)比,證明該方案有效降低了網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)、通信開銷,提升了安全性。(3)對(duì)組密鑰管理方案進(jìn)行了研究。從無(wú)人機(jī)安全角度出發(fā),主要研究了具有自愈性的相關(guān)方案。本文詳細(xì)介紹了前人的工作基礎(chǔ),指出了其中部分工作在安全性上的不足,并設(shè)計(jì)出一種滿足無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全需求的密鑰管理方案,給出了方案的安全性證明,并與其他方案在存儲(chǔ)開銷、計(jì)算開銷等方面進(jìn)行了對(duì)比。(4)本文著眼于未來(lái)科技發(fā)展對(duì)無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全的新需求,進(jìn)一步研究了基于信息理論安全的密鑰協(xié)商技術(shù),主要研究了有擾信道的密鑰協(xié)商理論,介紹了密鑰協(xié)商過程中信息協(xié)調(diào)階段的常用協(xié)議,分析了它們的特點(diǎn)。重點(diǎn)針對(duì)其中的Winnow算法進(jìn)行了研究,在前人工作基礎(chǔ)上提出了一種具有區(qū)塊大小自適應(yīng)能力的Winnow信息協(xié)調(diào)協(xié)議。在最后進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)和性能分析,證明新提出的協(xié)議相比原有協(xié)議有效提升了糾錯(cuò)效率。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V279;TN918.4
【圖文】：

內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑人機(jī)網(wǎng)絡(luò)首先在本質(zhì)上就是一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、同時(shí)也是一種移動(dòng)自組網(wǎng)，因逡逑人機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信安全的研究就必然涉及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全和移動(dòng)自組網(wǎng)安全，很逡逑學(xué)者關(guān)于無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全的研究還是基于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模型，如華盛頓ｐｔａ團(tuán)隊(duì)的研究ｍ，英國(guó)的Ｃｏｎｓｔａｎｔｉｎｉｄｅｓ團(tuán)隊(duì)的論文［８］等。這些方案都是從現(xiàn)逡逑線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ邋Ｓｅｎｓｏｒ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＷＳＮ）或者移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)（Ｍｏｂｉｌｅ逡逑邋Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＭＡＮＥＴ）中尋找到靈感，在原有理論基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步的研逡逑信息理論安全角度著手的密鑰管理方案也有不少，如近些年發(fā)表的數(shù)篇論逡逑］等，都在相關(guān)領(lǐng)域做了不少工作�？傮w上看，現(xiàn)有密鑰管理方案從密鑰建逡逑的不同可分為密鑰分配和密鑰協(xié)商兩種主要方式。逡逑

話密鑰管理（Ｇｒｏｕｐ邋Ｋｅｙ邋Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＧＫＭ）是安全組通信的基網(wǎng)絡(luò)中的組成員之間如何產(chǎn)生、分配和更新密鑰［２５］。最初的ＧＫＭ網(wǎng)絡(luò)，方案需要的資源開銷很高，對(duì)通信鏈路穩(wěn)定性要求也很高。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在很多不穩(wěn)定因素，有時(shí)合法組成員可能無(wú)法收此，過去的處理思路是讓組管理者（Ｇｒｏｕｐ邋Ｍａｎａｇｅｒ，邋ＧＭ）重新發(fā)送消小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)是可行的，然而一旦無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，節(jié)點(diǎn)數(shù)目較方法就會(huì)顯著增加ＧＭ的處理負(fù)擔(dān)、各項(xiàng)開銷和網(wǎng)絡(luò)的整體能量消次重發(fā)消息會(huì)帶來(lái)較大的安全隱患，對(duì)于高安全要求領(lǐng)域如國(guó)防不可取。逡逑樣的背景下，設(shè)計(jì)出一種無(wú)需信息重傳且適用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組密了各國(guó)專家學(xué)者的研究重心。２００２年，美國(guó)的Ｓｔａｄｄｏｎ等學(xué)者首共享主密鑰的自愈組密鑰分配（Ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ邋Ｇｒｏｕｐ邋Ｋｅｙ邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ的思想［２７］。逡逑

它們有共享密鑰的節(jié)點(diǎn)（若借助多個(gè)節(jié)點(diǎn)即為多跳）來(lái)產(chǎn)生會(huì)話密鑰。而基于安逡逑全閾值的方案主要是在第一個(gè)階段稍有變化，即分配的是對(duì)稱二項(xiàng)式或者矩陣，逡逑也是用來(lái)計(jì)算產(chǎn)生會(huì)話密鑰。因此，密鑰預(yù)分配方案的一般流程如圖２．１所示：逡逑廠開始逡逑ｖ邐邐ｙ逡逑邐邋ｊｆ邋邐逡逑密鑰分配逡逑邐邋士邐邋＿逡逑共享密鑰發(fā)現(xiàn)階段逡逑＜Ｗ共享密＃、：．邐逡逑＇ＬＡ邐逡逑；通過其他有共享密鑰的節(jié)逡逑點(diǎn)作為第三方逡逑．產(chǎn)生會(huì)話密鑰）—逡逑圖２．１密鑰預(yù)分配方案中會(huì)話密鑰產(chǎn)生的一般流程逡逑基本的隨機(jī)密鑰分配方案存在著以下共有的問題：基于概率論的隨機(jī)密鑰預(yù)逡逑１５逡逑

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