[發明專利]一種基于橢圓曲線加密的無人機與基站通信身份認證方法

有效

• 申請號: 202011155667.0
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112073964B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 杜曉玉;李茵茵;周素芳;郭啟程;張延宇;李偉
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02;H04W12/04;H04W12/06;H04L9/32;H04L9/30;H04L9/08;H04L9/06
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才

1.一種基于橢圓曲線加密的無人機與基站通信身份認證方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：TA初始化無人機機群各個無人機參數，可信中心TA生成有限域和其定義的橢圓曲線，TA將這些信息加載到無人機系統上，并廣播到無人機網絡中；所述步驟S1中，TA初始化無人機機群各個無人機參數的方法為，無人機計算自己的公鑰，TA通過橢圓曲線對無人機的身份進行匿名加密；

S1.1：可信中心TA選擇兩個素數p、q，其中p、q不小于160bits，和一個橢圓曲線E：y²＝x³+ax+b mod p，其中a、b∈F_p，F_p為一個有p個元素的有限域，橢圓曲線E上所有點組成一個q階的加法群G；

S1.2：TA在加法群G中選擇一個q階的生成元P，P由橢圓曲線E上的所有點和無窮點組成；

S1.3：TA選擇一個隨機數其中s為系統私鑰，Z_q∈{1，2……q-1}，代表該集合，并計算系統的公鑰P_pub＝s·P；

S1.4：TA選擇一個安全的哈希函數

S1.5：TA為每個無人機分配一個真實的身份ID和證書Cert，并將{ID_i,Cert_i,s}預裝到每架無人機上；

S1.6：TA將系統參數{p,q,a,b,P,F_p,P_pub,H}發送給路面基站和無人機；

S2：初始化無人機和路面基站身份信息，將無人機的身份匿名化，編碼到橢圓曲線上；

S2.1：TA生成一組隨機數，通過橢圓曲線計算隨機數的秘鑰Pm_i＝m_i·P；TA為無人機生成其對應的匿名身份AID_i＝H(ID_i||Pm_i||T_i)，其中T_i為當前的時間戳，無人機的真實身份ID隱藏在AID_i中；

S2.2：無人機選擇一個隨機數x作為自己的私鑰，并計算無人機的公鑰U_i＝x·P；

S2.3：M_i作為無人機采集到的路面信息，無人機將{AID_i,M_i,U_i,Cert_i}編碼到橢圓曲線上的一點O上，并產生一個隨機數r，計算無人機向路面基站通信時需要傳輸的信息C1＝O+rP_pub，C2＝rP，接受方依靠C1，C2的運算來獲取O點信息；

S2.4：TA為路面基站生成其唯一的身份RID_i，并選擇一個隨機數w，計算路面基站的公鑰P_R＝w·P，將{RID_i,P_R}編碼到橢圓曲線上的一點J上，并選擇一個隨機數n，計算路面基站向可信中心通信時需要傳遞的信息C3＝J+nP_pub，C4＝nP，接受方依靠C3，C4的運算來獲取J點信息；

S3：無人機與路面基站進行身份認證，并執行路面基站發送的任務指令；

其中，S3的具體步驟如下：

S3.1：無人機與對應的路面基站發起認證請求，將自己的{C1,C2,T1}發送給路面基站，其中T₁為無人機與對應的路面基站發起認證請求時的時間戳；

S3.2：路面基站接收到無人機發送的認證消息后，首先驗證時間戳T₁是否在可接受時延范圍內，即滿足T-T_i＜ΔT,T為接收到消息的時間，T_i為當前時間戳，此處為T₁，ΔT為無人機場景下對應的最大傳輸時延，若在可以接受的時延范圍內，根據C1-wC2＝O+rP_pub-r(s·P)＝O，得到點O的信息，對點O進行解碼得到加密的內容，路面基站將接收到的無人機信息和自己的身份信息{C1,C2,C3,C4,T₂}發送給可信中心TA，T₂為路面基站發送給可信中心TA時的時間戳；

S3.3：TA收到路面基站的消息包后，首先驗證時間戳T2是否滿足最低時延要求，滿足后，TA對無人機的C1-wC2＝O+rP_pub-r(s·P)＝O，路面基站的C3-sC4＝J+nP_pub-n(s·P)＝J進行校驗，驗證成功后，生成驗證成功的會話密鑰K_session，TA將Ep[K_session,T3]發送給路面基站，其中T3為TA向路面基站發送信息時的時間戳；

S3.4：路面基站收到TA的消息后，用自己的私鑰對數據包進行解密，驗證時間戳T3是否滿足最低時延要求，如果滿足，完成路面基站對無人機的認證，并將對應的無人機的會話密鑰K_session，無人機的AID_i和無人機的證書Cert進行保存，將Ep[K_session,M_sge,T4]發送給無人機，其中T4為路面基站向無人機發送信息時的時間戳；

S3.5：無人機收到路面基站發來的數據包后，用自己的私鑰進行解密，然后驗證時間戳T4是否滿足最低延遲要求，如果滿足，無人機和路面基站的身份認證完成，無人機執行消息指令。

2.根據權利要求1所述的一種基于橢圓曲線加密的無人機與基站通信身份認證方法，其特征在于：無人機和路面基站通信時依靠5G網絡和邊緣計算確保無人機數據傳輸的低時延性。