1.一种基于格代理签密算法的卫星终端认证的卫星通信方法,其特征在于,包括:构建低轨卫星通信系统,该系统包括地面控制中心、用户设备、低轨卫星;用户设备和低轨卫星向地面控制中心发起认证注册请求;注册成功后的用户设备和低轨卫星进行通信;用户设备和低轨卫星向控制中心发起认证注册请求包括:S1:低轨卫星通信系统中的控制中心选择安全参数,根据安全参数生成系统参数;
S2:用户设备和低轨卫星分别向地面控制中心发起注册请求;
S3:地面控制中心根据注册请求分别生成低轨卫星密钥和用户设备密钥;并将注册响应分别返回给用户设备和低轨卫星;控制中心生成生成低轨卫星密钥和用户设备密钥包括:根据用户设备和低轨卫星的身份ID计算F=H1(ID),通过采样算法SamplePre(A,B,s,Fs)对F进行采样,得到矩阵 将矩阵 作为用户设备和低轨卫星的部分密钥;将部分密钥分别嵌入到注册消息中,并返回给用户设备和低轨卫星;其中,Fs表示由部分密钥构建的秘密值,H1表示哈希函数,SamplePre表示原像采样算法,A表示由陷门构造函数输出的服从均匀分布的矩阵,B表示格Λ(A)的一组格基,s表示随机选取的系统主密钥,qm×k表示系统初始化所选取的质数,Z 表示有限域;
S4:用户设备和低轨卫星接收到响应后生成完整公私钥;
S5:用户设备将地面控制中心作为代理签密者,并生成授权证书;将授权证书发送给地面控制中心;
S6:地面控制中心接收到授权证书后生成自己的公私钥对,根据公私钥对计算代理签密密钥;采用代理签密密钥对授权证书进行加密,并将密文作为请求信息发送给低轨卫星;
根据公私钥对计算代理签密密钥的过程包括:地面控制中心接收到授权证书m后计算δ′=H2(Az1‑(H(IDA)+TA)δ,mi);如果δ′=δ,地面控制中心计算代理签密密钥k=SKc+DA;否则,要求原始签密者重发;其中,δ′表示由授权证书所计算的签名值,H2表示计算签名值所用的哈希函数,z1表示在高斯分布上由计算的秘密值,H表示满足多次掷币空间的哈希函数,IDA表示代理者身份信息,TA表示原始签密者的公钥,δ表示计算代理签密密钥的判定值,mi表示原始签密者生成的授权证书,SKc表示用户私钥,DA为低轨卫星的部分密钥;
S7:低轨卫星对地面控制中心发出的请求消息进行验证,若验证成功,则低轨卫星向用户终端返回接入响应;否则认证失败;
S8:用户设备对低轨卫星发送的接入响应进行认证,若认证成功,则完成用户设备对低轨卫星的接入,否则接入失败。
2.根据权利要求1所述的一种基于格代理签密算法的卫星终端认证的卫星通信方法,其特征在于,生成系统参数包括:地面控制中心执行陷门构造函数TrapGen(n,m,q)输出一个服从均匀分布的矩阵 和格Λ(A)的一组基 将格基Ppub=B作为系统的主密钥,其中n为系统安全参数,m为正整数,q为系统初始化所选取的质数,B为格基。
3.根据权利要求1所述的一种基于格代理签密算法的卫星终端认证的卫星通信方法,其特征在于,用户设备和低轨卫星向控制中心发起注册请求包括:用户设备和低轨卫星将身份ID分别嵌入到对应的注册信息中,将对应的注册信息发送给地面控制中心。
4.根据权利要求1所述的一种基于格代理签密算法的卫星终端认证的卫星通信方法,其特征在于,用户设备和低轨卫星接收到响应后生成完整公私钥包括:选取服从均匀分布的矩阵Cu作为秘密值;采用部分密钥和秘密值生成公私钥对(PK,SK),其中其中,C1表示生成用户设备私钥
所选取的矩阵,mod表示取模运算,D表示部分密钥,PK表示公钥,SK为私钥。
5.根据权利要求1所述的一种基于格代理签密算法的卫星终端认证的卫星通信方法,其特征在于,地面控制中心采用代理签密密钥对授权证书进行加密包括:计算c=H2(Ay2,km’),z2=Spc+y2,随机选取τ∈{0,1} ,计算 和η=H4(τ,μ);由η的随机性可得: 其中e1,e2,e3均为噪声
向量,c表示由随机向量以及陷门构造矩阵输出的哈希值,H2表示哈希函数,y2表示在高斯分布上选取的向量,m’表示明文消息,z2表示在高斯分布上由y2计算的秘密值,Sp表示判断签k名有效后由地面控制中心所计算的代理签密密钥,τ表示在{0,1} 上选取的随机值,表示安全加密算法在解签密时为验证正确性来计算相应值,H3(τ)表示对τ计算哈希值,T为转置,T1表示时间戳,μ为解签密时为验证正确性得到的相应值,η为相应值的哈希值。
6.根据权利要求1所述的一种基于格代理签密算法的卫星终端认证的卫星通信方法,其特征在于,低轨卫星对地面控制中心发出的请求消息进行验证包括:计算如果 则计算c′=H2(Az2‑(TB+H1(IDB)+H1
(IDA))c,m′),如果c′=c,则用户设备为合法节点允许接入;否则接入失败;其中,TB表示代理签密者的私钥, 表示明文消息、秘密值以及哈希值构建的矩阵,m’表示明文消息,z2表示在高斯分布上由y2计算的秘密值,c表示由随机向量以及陷门构造矩阵输出的哈希值,σ表示方差,m表示正整数,c′表示经过格代理加密后矩阵输出的哈希值,TB表示代理签密者的私钥,IDB表示卫星身份,IDA表示代理者身份信息,SKS表示加密密钥,C为认证响应值。
7.根据权利要求1所述的一种基于格代理签密算法的卫星终端认证的卫星通信方法,其特征在于,用户设备对低轨卫星发送的接入响应进行认证包括:验证时间戳T2的有效性,若有效则计算会话密钥SKh=f(IDu||Nu||Ns||L),同时向卫星返回认证成功后的结果,卫星存储身份ID以及会话密钥,使用会话密钥SKh进行保密通信;其中,IDu表示用户设备身份信息,Nu表示用户设备生成的随机数,Ns表示卫星生成的随机数,L表示位置信息。