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专利号: 2020111556670
申请人: 河南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于椭圆曲线加密的无人机与基站通信身份认证方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:TA初始化无人机机群各个无人机参数,可信中心TA生成有限域和其定义的椭圆曲线,TA将这些信息加载到无人机系统上,并广播到无人机网络中;所述步骤S1中,TA初始化无人机机群各个无人机参数的方法为,无人机计算自己的公钥,TA通过椭圆曲线对无人机的身份进行匿名加密;

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S1.1:可信中心TA选择两个素数p、q,其中p、q不小于160bits,和一个椭圆曲线E:y=x+ax+b mod p,其中a、b∈Fp,Fp为一个有p个元素的有限域,椭圆曲线E上所有点组成一个q阶的加法群G;

S1.2:TA在加法群G中选择一个q阶的生成元P,P由椭圆曲线E上的所有点和无穷点组成;

S1.3:TA选择一个随机数 其中s为系统私钥,Zq∈{1,2……q‑1}, 代表该集合,并计算系统的公钥Ppub=s·P;

S1.4:TA选择一个安全的哈希函数S1.5:TA为每个无人机分配一个真实的身份ID和证书Cert,并将{IDi,Certi,s}预装到每架无人机上;

S1.6:TA将系统参数{p,q,a,b,P,Fp,Ppub,H}发送给路面基站和无人机;

S2:初始化无人机和路面基站身份信息,将无人机的身份匿名化,编码到椭圆曲线上;

S2.1:TA生成一组随机数, 通过椭圆曲线计算随机数的秘钥Pmi=mi·P;TA为无人机生成其对应的匿名身份AIDi=H(IDi||Pmi||Ti),其中Ti为当前的时间戳,无人机的真实身份ID隐藏在AIDi中;

S2.2:无人机选择一个随机数x作为自己的私钥,并计算无人机的公钥Ui=x·P;

S2.3:Mi作为无人机采集到的路面信息,无人机将{AIDi,Mi,Ui,Certi}编码到椭圆曲线上的一点O上,并产生一个随机数r,计算无人机向路面基站通信时需要传输的信息C1=O+rPpub,C2=rP,接受方依靠C1,C2的运算来获取O点信息;

S2.4:TA为路面基站生成其唯一的身份RIDi,并选择一个随机数w,计算路面基站的公钥PR=w·P,将{RIDi,PR}编码到椭圆曲线上的一点J上,并选择一个随机数n,计算路面基站向可信中心通信时需要传递的信息C3=J+nPpub,C4=nP,接受方依靠C3,C4的运算来获取J点信息;

S3:无人机与路面基站进行身份认证,并执行路面基站发送的任务指令;

其中,S3的具体步骤如下:

S3.1:无人机与对应的路面基站发起认证请求,将自己的{C1,C2,T1}发送给路面基站,其中T1为无人机与对应的路面基站发起认证请求时的时间戳;

S3.2:路面基站接收到无人机发送的认证消息后,首先验证时间戳T1是否在可接受时延范围内,即满足T‑Ti<ΔT,T为接收到消息的时间,Ti为当前时间戳,此处为T1,ΔT为无人机场景下对应的最大传输时延,若在可以接受的时延范围内,根据C1‑wC2=O+rPpub‑r(s·P)=O,得到点O的信息,对点O进行解码得到加密的内容,路面基站将接收到的无人机信息和自己的身份信息{C1,C2,C3,C4,T2}发送给可信中心TA,T2为路面基站发送给可信中心TA时的时间戳;

S3.3:TA收到路面基站的消息包后,首先验证时间戳T2是否满足最低时延要求,满足后,TA对无人机的C1‑wC2=O+rPpub‑r(s·P)=O,路面基站的C3‑sC4=J+nPpub‑n(s·P)=J进行校验,验证成功后,生成验证成功的会话密钥Ksession,TA将Ep[Ksession,T3]发送给路面基站,其中T3为TA向路面基站发送信息时的时间戳;

S3.4:路面基站收到TA的消息后,用自己的私钥对数据包进行解密,验证时间戳T3是否满足最低时延要求,如果满足,完成路面基站对无人机的认证,并将对应的无人机的会话密钥Ksession,无人机的AIDi和无人机的证书Cert进行保存,将Ep[Ksession,Msge,T4]发送给无人机,其中T4为路面基站向无人机发送信息时的时间戳;

S3.5:无人机收到路面基站发来的数据包后,用自己的私钥进行解密,然后验证时间戳T4是否满足最低延迟要求,如果满足,无人机和路面基站的身份认证完成,无人机执行消息指令。

2.根据权利要求1所述的一种基于椭圆曲线加密的无人机与基站通信身份认证方法,其特征在于:无人机和路面基站通信时依靠5G网络和边缘计算确保无人机数据传输的低时延性。