隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和制造成本的降低,無人機(jī)不僅應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,在農(nóng)林植保、電力巡檢、警用執(zhí)法、影視航拍等民用領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的無人機(jī)主要通過WiFi、藍(lán)牙、數(shù)字電臺等方式進(jìn)行圖像傳輸。由于受到國家無線電法規(guī)的限制,無人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)的通信距離一般不超過3公里,越來越難以滿足無人機(jī)應(yīng)用的需求�；�4G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建無人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)可以極大地?cái)U(kuò)大通信距離,提高通信速率和通信可靠性,實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的遠(yuǎn)程控制。研發(fā)基于4G移動網(wǎng)絡(luò)的無人機(jī)圖像傳輸技術(shù)有望在未來的無人機(jī)市場競爭中占領(lǐng)先機(jī)。研發(fā)基于4G移動網(wǎng)絡(luò)的無人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)時(shí),需要關(guān)注傳輸數(shù)據(jù)的安全問題。本文關(guān)注基于4G移動網(wǎng)絡(luò)的無人機(jī)視頻傳輸系統(tǒng)的信息安全問題,設(shè)計(jì)了基于Grain-128a算法的流加密系統(tǒng),基于FPGA實(shí)現(xiàn)流加密系統(tǒng)的加密模塊和解密模塊,為基于4G移動網(wǎng)絡(luò)的無人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)加密功能。主要包括以下內(nèi)容:(1)根據(jù)基于4G移動網(wǎng)絡(luò)的無人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)加密需求,基于Grain-128a算法設(shè)計(jì)低延遲的流加密方案,在FPGA上實(shí)現(xiàn)流加密系統(tǒng),在數(shù)據(jù)丟包情況下實(shí)現(xiàn)低延遲數(shù)據(jù)加密功能。(2)設(shè)計(jì)基于密鑰流生成器的密鑰更新方案,采用密鑰流作為新密鑰,定期更新密鑰流生成器的密鑰,節(jié)省了硬件開銷,提高了流加密系統(tǒng)的安全性。設(shè)計(jì)了一個(gè)密鑰更新協(xié)議,保證加密模塊和解密模塊同步地更新密鑰。(3)設(shè)計(jì)了兩個(gè)密鑰流同步方案,保證數(shù)據(jù)丟包后可以正常進(jìn)行數(shù)據(jù)加密。基于UDP的密鑰流同步方案不會造成額外數(shù)據(jù)損失,在數(shù)據(jù)丟包后保證收到的數(shù)據(jù)都能和密鑰流保持同步,但需要與密文數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸過程配合實(shí)現(xiàn);完全獨(dú)立的的密鑰流同步方案不關(guān)心密文數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸過程,獨(dú)立性好,但是在數(shù)據(jù)丟包后接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)包中,同步標(biāo)識符之前的數(shù)據(jù)無法實(shí)現(xiàn)和密鑰流同步,有額外數(shù)據(jù)損失�；贕ilbert模型對網(wǎng)絡(luò)丟包情況進(jìn)行了分析,確定了密鑰流同步方案的參數(shù)和性能。(4)使用Vivado自帶的仿真器對流加密系統(tǒng)進(jìn)行功能仿真,在FPGA開發(fā)板上驗(yàn)證流加密系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密功能和密鑰流同步功能,在無人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行視頻加密測試。經(jīng)過仿真和測試,本文設(shè)計(jì)的基于Grain-128a算法的流加密系統(tǒng)可以在數(shù)據(jù)丟包情況下實(shí)現(xiàn)密鑰流的快速同步,實(shí)時(shí)性好,滿足基于4G移動網(wǎng)絡(luò)的無人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密功能需求。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V279;TN919.8
【部分圖文】：

圖5.1 8 倍速密鑰流生成器仿真圖圖5.2 8 倍速密鑰流生成器局部仿真圖（2）32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能仿真使用測試向量（1）中的 key 和 iv 對 32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖 5.3 所示。密鑰流生成器在 load 信號發(fā)出后開始加載密鑰進(jìn)行初始化，由計(jì)數(shù)器 cnt_8 對初始化過程進(jìn)行計(jì)數(shù)，8（256/32=8）個(gè)時(shí)鐘周期后密鑰流生成開始輸出密鑰流，rdy 為密鑰流輸出有效信號。局部仿真圖如圖 5.4 所示，密鑰流生成器初始化完成后生成的密鑰流為 c0207f221660650b6a952ae26586136f……，與測試向量（1）給出密鑰流相同，32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能正確。

圖5.2 8 倍速密鑰流生成器局部仿真圖（2）32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能仿真使用測試向量（1）中的 key 和 iv 對 32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖 5.3 所示。密鑰流生成器在 load 信號發(fā)出后開始加載密鑰進(jìn)行初始化，由計(jì)數(shù)器 cnt_8 對初始化過程進(jìn)行計(jì)數(shù)，8（256/32=8）個(gè)時(shí)鐘周期后密鑰流生成開始輸出密鑰流，rdy 為密鑰流輸出有效信號。局部仿真圖如圖 5.4 所示，密鑰流生成器初始化完成后生成的密鑰流為 c0207f221660650b6a952ae26586136f……，與測試向量（1）給出密鑰流相同，32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能正確。

圖5.1 8 倍速密鑰流生成器仿真圖圖5.2 8 倍速密鑰流生成器局部仿真圖（2）32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能仿真使用測試向量（1）中的 key 和 iv 對 32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖 5.3 所示。密鑰流生成器在 load 信號發(fā)出后開始加載密鑰進(jìn)行初始化，由計(jì)數(shù)器 cnt_8 對初始化過程進(jìn)行計(jì)數(shù)，8（256/32=8）個(gè)時(shí)鐘周期后密鑰流生成開始輸出密鑰流，rdy 為密鑰流輸出有效信號。局部仿真圖如圖 5.4 所示，密鑰流生成器初始化完成后生成的密鑰流為 c0207f221660650b6a952ae26586136f……，與測試向量（1）給出密鑰流相同，32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能正確。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王培春,李毅,朱甫臣;利用細(xì)胞自動機(jī)構(gòu)造密鑰流發(fā)生器[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2002年05期

2 徐正光;田清;田立;;一類可以產(chǎn)生獨(dú)立同分布密鑰流的混沌系統(tǒng)[J];物理學(xué)報(bào);2013年12期

3 張永;溫濤;郭權(quán);孫偉;;混沌同步密鑰流生成算法評價(jià)方法[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2010年20期

4 王宏霞,虞厥邦;收縮密鑰流序列在混沌擴(kuò)頻通信中的應(yīng)用[J];通信技術(shù);2001年07期

5 黎凱;;線性密鑰流的一類話密體制的求解[J];通信保密;1981年04期

6 鄧健;鄭林華;;一種流密碼密鑰流生成器的模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];微處理機(jī);2010年03期

7 丁杰;石會;龔晶;鄧元慶;;一種抗滑動攻擊的密鑰流提取改進(jìn)算法[J];計(jì)算機(jī)工程;2018年02期

8 吳畏,陳廣輝,張高峰;用CPLD實(shí)現(xiàn)Gollmann密鑰流發(fā)生器[J];電子設(shè)計(jì)應(yīng)用;2004年12期

9 劉鶯迎;;RC4密鑰流序列統(tǒng)計(jì)漏洞分析[J];中國新通信;2015年24期

10 詹英杰;丁林;關(guān)杰;;基于E_0算法的猜測決定攻擊[J];通信學(xué)報(bào);2012年11期

相關(guān)會議論文 前4條

1 董麗華;曾勇;胡予濮;;基于FCSR的雙濾波密鑰流生成器(英文)[A];第十一屆保密通信與信息安全現(xiàn)狀研討會論文集[C];2009年

2 楊能能;周亮;;兩種快速相關(guān)攻擊的對比分析[A];2006中國西部青年通信學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

3 葛永德;張淼;;Snow 3G與ZUC算法對比分析[A];2011年通信與信息技術(shù)新進(jìn)展——第八屆中國通信學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

4 廖翠玲;余昭平;;采樣序列的分析[A];第十一屆保密通信與信息安全現(xiàn)狀研討會論文集[C];2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 徐輝;基于混沌的視頻數(shù)據(jù)安全技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 李璇;三元組密鑰流發(fā)生器的機(jī)理及應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2012年

3 李順波;eSTREAM候選算法的區(qū)分攻擊研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

4 潘臻;基于FCSR的流密碼設(shè)計(jì)與分析[D];西南交通大學(xué);2012年

5 楊文峰;幾類流密碼分析技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

6 張位;光接入網(wǎng)絡(luò)的安全性及其增強(qiáng)技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2017年

7 楊欣;基于混沌理論的信息安全加密系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D];重慶大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 黃蔭釗;基于FPGA的低延遲Grain-128a算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2019年

2 劉聰;基于密鑰流的RC4算法安全性分析與改進(jìn)[D];湖南大學(xué);2016年

3 李孟婷;密鑰流生成算法及其應(yīng)用研究[D];杭州電子科技大學(xué);2011年

4 張娟娟;基于擬群的能產(chǎn)生任意長周期密鑰流的流密碼系統(tǒng)[D];寧波大學(xué);2012年

5 陳一陽;新版Trivium流密碼算法的密碼學(xué)統(tǒng)計(jì)分析[D];上海交通大學(xué);2010年

6 趙起;周期序列的k錯(cuò)線性復(fù)雜度分布研究[D];安徽工業(yè)大學(xué);2013年

7 李恒;猜測決定攻擊在流密碼分析中的應(yīng)用[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

8 馬超;基于混沌的反饋移位寄存器設(shè)計(jì)及其在圖像加密中的應(yīng)用[D];大連海事大學(xué);2008年

9 朱楠;基于FPGA的流密碼機(jī)設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2010年

10 陳樂;基于Gstreamer的網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)及加密傳輸研究與實(shí)現(xiàn)[D];南京郵電大學(xué);2016年

本文編號：2830793