【摘要】：無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)作為移動自組織網(wǎng)絡(luò)的一個新的研究和應(yīng)用領(lǐng)域,已經(jīng)受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注,但其安全問題并沒有引起足夠的重視與研究。其中,如何確保信息在無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)中安全地傳輸,是無人機(jī)MANET應(yīng)用亟待解決的關(guān)鍵問題。密鑰管理作為保證網(wǎng)絡(luò)安全通信最核心、最基礎(chǔ)的前提,如果沒有安全高效的密鑰管理提供保障,無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)安全也就無從談起。針對無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)的安全組網(wǎng)在此之前還未被探討過,本文將無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)密鑰管理作為研究內(nèi)容具有非常重要的研究意義和社會經(jīng)濟(jì)效益。相比于基于證書和基于身份的密鑰管理模型,基于無證書的密鑰管理模型更加適合無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò),這樣不但避免了單點(diǎn)失效和密鑰托管問題,而且更加契合無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)無中心、分布式、節(jié)點(diǎn)快速飛行移動、能量有限和資源受限等特點(diǎn)。現(xiàn)有的基于無證書密鑰管理方案存在諸多局限性:基于雙線性對運(yùn)算復(fù)雜代價太大;在密鑰分發(fā)傳輸過程中大多需要事先建立安全信道,在隨需搭建、經(jīng)常處理緊急突發(fā)、臨時性任務(wù)的情況中代價巨大,同時對于大規(guī)模分簇結(jié)構(gòu)下的無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)也難以實(shí)現(xiàn);系統(tǒng)私鑰的單密鑰形式無法適用于無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)無中心、分布式的特點(diǎn),存在惡意無人機(jī)節(jié)點(diǎn)利用自身的部分密鑰份額逆向推導(dǎo)獲取系統(tǒng)私鑰的風(fēng)險。以上所述的不足和局限性導(dǎo)致現(xiàn)有的基于無證書密鑰管理方案無法直接應(yīng)用于無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)。針對以上問題,本文在現(xiàn)有的基于無證書密鑰管理方案的基礎(chǔ)上,結(jié)合橢圓曲線密碼體制、門限秘密共享技術(shù)、分布式密鑰管理技術(shù),針對不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò),分別提出基于平面結(jié)構(gòu)和基于分簇結(jié)構(gòu)下無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方案。該方案結(jié)合橢圓曲線密碼體制將無證書密鑰管理模型中的雙線性對復(fù)雜運(yùn)算用橢圓曲線上點(diǎn)乘運(yùn)算代替,具有較小的通信量和計(jì)算量,能有效支持無人機(jī)節(jié)點(diǎn)頻繁的加入與退出網(wǎng)絡(luò)。同時,本文將Shamir的門限秘密共享技術(shù)應(yīng)用于整個密鑰管理方案中,系統(tǒng)私鑰在無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點(diǎn)中共享,有效地防止單點(diǎn)失效。為了避免惡意無人機(jī)節(jié)點(diǎn)逆向推導(dǎo)導(dǎo)致系統(tǒng)私鑰泄露的風(fēng)險,該方案中系統(tǒng)私鑰采用雙密鑰形式,能夠很好地保證系統(tǒng)私鑰的安全性。一旦網(wǎng)絡(luò)啟動,系統(tǒng)就會自我組織。為了提供更大的靈活性和兼容性,本文采用部分分布式密鑰管理技術(shù)。在分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下,由簇頭無人機(jī)結(jié)點(diǎn)CH擔(dān)任分布式密鑰生成中心D-KGC,使得整個密鑰管理方案能夠在平面和分簇兩種不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下可以實(shí)現(xiàn)最大程度的一致性和兼容性。該方案引入盲化因子使密鑰分發(fā)過程可以在公開信道上完成,完全剔除密鑰分發(fā)過程中對安全信道的依賴。為了實(shí)現(xiàn)在無人機(jī)MANET網(wǎng)絡(luò)安全通信,并使之成為現(xiàn)實(shí),在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段,設(shè)計(jì)了一種輕量級的密鑰協(xié)商方案,協(xié)商過程僅需一次通信。為了防范消息篡改等主動攻擊,設(shè)計(jì)了一種數(shù)學(xué)簽名方案。最后,本文還對所提密鑰管理方案進(jìn)行了詳細(xì)的安全性分析、正確性分析和運(yùn)算效率分析。通過理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所提出的密鑰管理方案在保證安全性的前提下,運(yùn)算效率明顯更高。
【圖文】：

端和路由器功能。理論上完全避免通信瓶頸問題。但由于平面網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇蓴U(kuò)展性不強(qiáng)，使得其僅適用中小規(guī)模無人機(jī) MANET 網(wǎng)絡(luò)。圖1.1 基于平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的無人機(jī) MANET 網(wǎng)絡(luò)（2）分簇結(jié)構(gòu)下的無人機(jī) MANET 網(wǎng)絡(luò)。由于平面結(jié)構(gòu)下的無人機(jī) MANET 網(wǎng)絡(luò)中無人機(jī)節(jié)點(diǎn)的地位相同，能力相等，，可擴(kuò)展性不強(qiáng)，僅適用于中小規(guī)模的無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)。但對于大規(guī)模無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)來說，平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表現(xiàn)出其局限性（隨著無人機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，網(wǎng)絡(luò)通信計(jì)算代價隨之不斷增大，最終導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)性能下降）。因此，對于大規(guī)模無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)來說，通常采用分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖 1.2 所示。

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖1.2 基于分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的無人機(jī) MANET 網(wǎng)絡(luò)1.1.2 主要應(yīng)用領(lǐng)域近年來，無人機(jī)之間通過組網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同作業(yè)的方式，已經(jīng)受到普遍重視。其應(yīng)用領(lǐng)域[6]包括：軍事任務(wù)：MANET 網(wǎng)絡(luò)的提出初衷是應(yīng)對戰(zhàn)場上千變?nèi)f化的需要，毫無疑問的是，未來軍事領(lǐng)域依舊會是其應(yīng)用主戰(zhàn)場。由于無人機(jī)低成本、無人員傷亡的特性使其成為戰(zhàn)場上移動網(wǎng)絡(luò)的理想載體。除了單架無人機(jī)進(jìn)行偵查、打擊等任務(wù)，無人機(jī)MANET 網(wǎng)絡(luò)能夠有效提高了機(jī)群的快速反應(yīng)能力、自主攻擊能力、協(xié)同打擊能力。無人機(jī) MANET 網(wǎng)絡(luò)已成為各國軍事通信的研究熱點(diǎn)。聯(lián)合搜救：搜索救援是對時效性要求很高的任務(wù)，在自然災(zāi)害或其他導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施無法正常工作或者根本無法建立通信基站的情況下，需要在短時間內(nèi)覆蓋廣闊的目標(biāo)區(qū)域，單個無人機(jī)效率有限，由無人機(jī)組網(wǎng)形成的無人機(jī) MANET 網(wǎng)絡(luò)效率更高。環(huán)境勘測：由于無人機(jī)時效性高
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN918.4

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本文編號：2683900