[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

本發明的目的是設計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，包括：系統進行初始化階段，可信中心生成系統參數并廣播給無人機網絡中；無人機機群內各個無人機由可信中心認證對其進行注冊；路面基站與無人機發起認證請求；認證成功后路面基站向無人機發送指令包，無人機接收指令并執行指令任務。該認證方法主要依據橢圓曲線密碼學理論，基于橢圓曲線離散對數難題（ECDLP）保證了通信數據的難破解性；該無人機與路面基站進行身份認證的流程有效保護了路面基站和無人機的通信安全，保證了路面基站和無人機身份隱私，可以有效預防重放攻擊，中間人攻擊，防止惡意攻擊造成無人機執行惡意任務，保證了無人機的通信安全。

技術領域

本發明屬于加密通信技術領域，具體涉及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。

背景技術

現有隨著無人機技術的發展，無人機潛在的風險和安全問題也逐漸凸顯出來，無人機也更加容易受到惡意攻擊。無人機的安全威脅可能來自飛行控制器和地面控制器、無線數據鏈路、傳感器路面基礎設施。由于無人機是通過無線網絡進行通信的，所以攻擊也一般是通過無線信道進行的，在無人機數據通信的時候，也會造成中間人攻擊，重放攻擊、拒絕服務攻擊等。當前大多數無人機在進行通信時不考慮會受到惡意攻擊，所以在無人機的數據傳輸過程中不需要進行任何身份認證，所以無人機很容易被惡意控制。

我國大部分無人機對路面基站(Drone-To-Ground station)的通信都是公開的，所以造成了通信的不安全，這也就使得該通信更容易被竊聽，并引發中間人攻擊。目前無人機的安全挑戰也主要與無人能及的資源約束和延遲約束有關。所以急需一種方法來解決無人機和路面基站通信造成的通信安全問題和通信延遲問題。在無人機和路面基站發起通信的時候首先要對數據傳輸雙方的身份進行確認，身份確定的情況下才可以進行數據傳輸，以確保被惡意攻擊者偽造身份。

橢圓曲線加密算法(ECC)是一種公鑰加密技術，主要利用橢圓曲線點乘運算來保證加密難以被破解，即利用利用離散對數難題來實現數據的加解密和簽名認證。由于無人機網絡的特殊性，ECC算法相比RSA算法來說，密鑰長度更短，所需要的存儲空間也更小，達到的安全級別也更高。短的密鑰可以保證無人機在數據傳輸過程中所需要的時間更短，更加符合無人機的動態環境，可以有效降低通信時延。

因此，基于橢圓曲線對無人機與基站通信身份認證涉及方法有助于效預防重放攻擊，中間人攻擊，防止惡意攻擊造成無人機執行惡意任務。

發明內容

本發明的目的是提供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，保證路面基站和無人機身份隱私，有效預防重放攻擊，中間人攻擊，防止惡意攻擊造成無人機執行惡意任務。

本發明解決其技術問題的技術方案為：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，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將這些信息加載無人機系統上，并廣播到無人機網絡中；

S1.1：可信中心TA選擇兩個素數p、q，其中p、q不小于160bit，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個元素的的有限域，橢圓曲線E上所有點組成的一個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