【摘要】：隨著無線通信和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的快速發(fā)展,無人機(jī)已經(jīng)滲透到生活中的各個(gè)領(lǐng)域,在搶險(xiǎn)救災(zāi)、氣象探測(cè)、科研測(cè)試、民用拍照以及航空測(cè)繪等諸多場(chǎng)景中,發(fā)揮了巨大作用,為人們生活和生產(chǎn)帶來了極大的便利。同時(shí),為了能夠在廣域空間中執(zhí)行更加復(fù)雜的任務(wù),無人機(jī)協(xié)同組網(wǎng)運(yùn)行成為了一個(gè)新趨勢(shì)。然而,無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行面臨嚴(yán)重的安全威脅。首先,由于節(jié)點(diǎn)飛行速度快,無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變動(dòng)、極不穩(wěn)定,為保證節(jié)點(diǎn)間的穩(wěn)定通信,無人機(jī)之間需要頻繁進(jìn)行身份認(rèn)證;其次,無人機(jī)節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路極不穩(wěn)定,很容易出現(xiàn)丟包現(xiàn)象,包含復(fù)雜會(huì)話的認(rèn)證方案會(huì)因?yàn)樾诺罈l件限制而無法部署;同時(shí),無人機(jī)節(jié)點(diǎn)資源受限、處理器計(jì)算能力不足,極有可能成為組網(wǎng)方案的性能瓶頸;最后,無人機(jī)組網(wǎng)會(huì)因?yàn)橥ㄐ艛?shù)據(jù)的安全等級(jí)不同,需要提供差異化的安全加密服務(wù)。針對(duì)以上問題,本文設(shè)計(jì)了一套適用于無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全通信系統(tǒng),該系統(tǒng)包括適用于多種場(chǎng)景下的無人機(jī)組網(wǎng)接入方案、針對(duì)不同數(shù)據(jù)等級(jí)保護(hù)的多層協(xié)同加密方案和能夠有效提高控制站加解密速度的加解密算法優(yōu)化方案。具體來說,本文主要做了以下幾方面工作。(1)對(duì)于無人機(jī)組網(wǎng)接入問題,本文根據(jù)不同組網(wǎng)場(chǎng)景,提出了有控制站參與下的基于橢圓曲線的密鑰協(xié)商協(xié)議、無控制站參與下的基于身份的密鑰管理方案和支持無人機(jī)跨域飛行的跨域安全的隱私保護(hù)方案。(2)對(duì)于無人機(jī)數(shù)據(jù)安全等級(jí)不同,本文提出了一種多層協(xié)同的加密方案,包括數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層三種不同的加密方案,該方案在不同場(chǎng)景和不同的安全需求下,可以采取不同的組合方式加密數(shù)據(jù),滿足對(duì)應(yīng)得安全等級(jí)需求。(3)對(duì)于控制站數(shù)據(jù)處理量大造成響應(yīng)慢的問題,本文提出了一種基于GPU的加密算法優(yōu)化方案,通過調(diào)用對(duì)應(yīng)的算法優(yōu)化接口,輔助控制站完成數(shù)據(jù)的加解密工作,提高數(shù)據(jù)處理的效率。(4)針對(duì)所提方案,本文設(shè)計(jì)了一套適用于無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)模型由服務(wù)器和客戶端組成,其中服務(wù)器部署于控制站,客戶端部署于無人機(jī)節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了通信過程中的組網(wǎng)接入和數(shù)據(jù)等級(jí)保護(hù)。并且在控制站側(cè),根據(jù)所提加密算法優(yōu)化方案使用GPU設(shè)備提高數(shù)據(jù)處理的效率。(5)本文實(shí)現(xiàn)了所提無人機(jī)安全通信系統(tǒng),詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程,并在所述的開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行了功能和性能測(cè)試分析。經(jīng)過測(cè)試分析,表明本系統(tǒng)性安全性高,性能優(yōu)良,適用于無人機(jī)通信場(chǎng)景。
【圖文】：

節(jié)點(diǎn)生成私鑰步驟如圖 3.3 所示：圖3.3 無人機(jī)節(jié)點(diǎn)的私鑰生成流程步驟 1：節(jié)點(diǎn) 隨機(jī)生成1r G，計(jì)算irP 和 , rri i pubg e P P并發(fā)送至節(jié)點(diǎn)jv 。步驟 2：節(jié)點(diǎn) 收到消息后驗(yàn)證r , i i pubg e rP P是否成立，若成立則計(jì)算j j iS l rP和j j pubS l P 并發(fā)送至節(jié)點(diǎn) 。步驟 3：節(jié)點(diǎn) 收到消息后驗(yàn)證 , , j j i pub i j j pube S l rP P e rP S l P，如果等式成立可得私鑰份額ij j j id l S P。節(jié)點(diǎn)成功收到t個(gè)有效份額后，根據(jù) Shamir 門限密鑰管理方案及 Lagrange 插值公式可以成功恢復(fù)對(duì)應(yīng)私鑰信息1 1 ,tji i ii j k j ii jx xd S Px x 。3.節(jié)點(diǎn)身份認(rèn)證：無人機(jī)節(jié)點(diǎn)間的身份認(rèn)證和密鑰協(xié)商如圖 3.4 所示。

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文22圖3.4 無人機(jī)節(jié)點(diǎn)的身份認(rèn)證流程步驟 1：節(jié)點(diǎn)生成加密參數(shù)并公布。步驟 1-1：節(jié)點(diǎn)iv 生成認(rèn)證私鑰 _1pri id n ，并計(jì)算pub _ i pri _iP d G。隨機(jī)生成,i q ir F RAND。步驟 1-2：節(jié)點(diǎn) 使用jv 的加密公鑰計(jì)算密文 2,iri i jC r P RAND H g，其中 2,j j pubg e P P G。步驟 1-3：節(jié)點(diǎn) 計(jì)算iRAND 的簽名信息： iM H RAND， , t t ix y r G， modtr M x n， 1_ _1 modpri i pri is d k r d n 。計(jì)算完成后，，節(jié)點(diǎn) 將 r ,s ，C
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN918;V279;V243.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 杜春來;胡銘曾;張宏莉;;在橢圓曲線域中基于身份認(rèn)證的移動(dòng)ad hoc密鑰管理框架[J];通信學(xué)報(bào);2007年12期

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1 趙亞君;基于橢圓曲線的移動(dòng)自組網(wǎng)密鑰管理技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2700807