[發(fā)明專利]一種用于無人機無線視頻傳輸安全的加解密方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010315578.1
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111641500B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳利峰;洪靖云;朱江章
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳安譜信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/40;H04N19/124;H04N19/91;H03M13/25
• 代理公司: 深圳市興科達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44260
• 代理人: 陽江軍

1.一種用于無人機無線視頻傳輸安全的加解密方法，其特征在于：包括AVS視頻編解碼加密解密與無線信道LDPC碼的加密糾錯融合編碼：

所述AVS視頻編解碼加密解密具體包括以下步驟：

步驟一：建立視頻采集前端，具體包括在無人機端AVS視頻編碼加入SMI國密安全芯片，視頻前端獲取視頻數(shù)據(jù)壓縮包單元后將該單元發(fā)送到安全加密芯片進行加密，然后將加密后的數(shù)據(jù)包，發(fā)送到安全的專用通信網(wǎng)絡(luò)；

步驟二：建立視頻秘鑰管理服務(wù)端，具體包括通過在地面站建立獨立的秘鑰管理服務(wù)器，通過無線通道實時發(fā)送密碼給無人機端AVS編碼國密加密芯片上，同時將秘鑰通過網(wǎng)絡(luò)實時傳給地面站AVS解碼板USBKEY進行視頻解碼，并配合北斗時鐘同步來解決中間傳輸?shù)难舆t；加密后的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)無線安全的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠程安全視頻服務(wù)器進行存儲或者轉(zhuǎn)發(fā)，AVS解碼板USBKEY請求數(shù)據(jù)后，秘鑰服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)安全加密的視頻數(shù)據(jù)秘鑰給AVS-USBKEY解碼；

步驟三：進行視頻解碼，具體包括在無人機地面站的AVS解碼板上增加安全USBKEY或安全解密卡，與秘鑰服務(wù)器建立安全通道，無人機地面站AVS解碼USBKEY定向秘鑰服務(wù)器發(fā)送秘鑰申請，服務(wù)器處理申請，并向地面站解碼板上USBKEY發(fā)送對應(yīng)秘鑰數(shù)據(jù)，利用安全USBKEY或安全解密卡解密數(shù)據(jù)，并由地面站AVS解碼端播放視頻；

所述無線信道LDPC碼的加密糾錯融合編碼具體包括以下步驟：

S1、對加密糾錯融合編碼的安全容量域進行建模；信源符號是發(fā)送明文sⁿ經(jīng)過加密糾錯融合編碼得到密文Xⁿ；信道傳輸?shù)拿芪腦ⁿ經(jīng)過竊聽信道后，分別在合法接收者和竊聽者被接收為Yⁿ和Zⁿ；竊聽信道被建模為離散無記憶的信道轉(zhuǎn)移概率P_YZ|X(y,z|x)；在合法接收者處，得到接收密文Yⁿ后，通過融合譯碼將其恢復(fù)為接收明文而在竊聽者處，得到接收密文Zⁿ后，由于缺乏密鑰k，通過所有可能的方法tⁿ(·)進行破譯得到破譯明文Tⁿ＝tⁿ(Zⁿ)；

假設(shè)信源符號的失真度量為d(S,T)；其中S和T分別為發(fā)送的信源符號和恢復(fù)得到的信源符號；由此，定義竊聽者的平均信源失真為：

基于模型S1，為了同時保證信息傳輸?shù)目煽啃耘c安全性，須同時滿足以下的限制條件：

其中(2)式表示合法接收者的可靠接收條件，(3)式表示竊聽者的最小信源失真必須大于D；

在滿足兩個限制條件下，得到的安全傳輸速率被定義為：

R＝k·H(S)/n??????(4)

其中H(S)為信源的信息熵；

S2、設(shè)計基于LDPC的加密糾錯融合編碼，利用密鑰協(xié)商得到的對稱密鑰k，在發(fā)送者和接收者兩端同步產(chǎn)生一個快速跳變的LDPC碼校驗矩陣序列H₁,H₂,...,Η_i，進行動態(tài)的LDPC碼的編譯碼，從而將加密和糾錯的操作融為一體；在發(fā)送者，每個發(fā)送明文m_i都分別被跳變的校驗矩陣Η_i進行融合編碼，得到既是密文也是糾錯編碼碼字的發(fā)送碼字x_i；對應(yīng)的，接收者從主信道上得到接收碼字y_i，并根據(jù)與發(fā)送者同步產(chǎn)生的校驗矩陣Η_i進行融合譯碼，得到接收明文m′_i；對于竊聽者，從竊聽信道得到竊聽碼字z_i進行密碼分析，直接估計出對應(yīng)的發(fā)送明文m_i，或者得到校驗矩陣Η_i的跳變規(guī)律進行信道譯碼；對于直接估計的攻擊方式，為了避免信道編碼碼字中信息比特部分將發(fā)送明文m_i泄露，采用非系統(tǒng)碼LDPC編碼，將LDPC碼字中的信息比特全部打孔；同時，對于通過選擇明文攻擊的方式嘗試預(yù)測跳變的校驗矩陣Η_i，采用長周期的偽隨機數(shù)發(fā)生器，產(chǎn)生相互間基本不相關(guān)的校驗矩陣跳變序列，使得竊聽者難以預(yù)測跳變的校驗矩陣的變化；

S3、設(shè)計加密糾錯融合編碼，具體包括：

按照對稱密鑰k對應(yīng)的跳變的校驗矩陣序列進行加密糾錯融合編碼仿真，得到對應(yīng)的序列誤碼率p_e(k)；然后再隨機選取不同的對稱密鑰k構(gòu)成測試密鑰集合K_RAND，分別通過數(shù)值仿真給出其對應(yīng)的序列誤碼率p_e(k)；最后，加密糾錯融合編碼的平均糾錯性近似為在密鑰測試集合K_RAND上各個序列誤碼率的平均：

所述加密糾錯融合編碼將通過對稱加密算法得到的偽隨機向量r_i用于矩陣擴展構(gòu)造方法，實時的產(chǎn)生動態(tài)校驗矩陣H_i＝h(r_i)＝[A(r_i),B(r_i)]；隨后進行非系統(tǒng)碼LDPC信道編碼，將得到的LDPC編碼碼字的校驗比特部分加以隨機擾亂作為發(fā)送碼字：

其中A(r_i)為n×m的二元矩陣，B(r_i)為n×n的可逆二元方陣。