一种无人机辅助的终端接入认证方法、系统、设备及应用

文档序号:25731508发布日期:2021-07-02 21:20阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种无人机辅助的终端接入认证方法,其特征在于,所述无人机辅助的终端接入认证方法包括:

无人机及终端通过安全信道与网络控制中心交互执行实体注册流程,预置秘密消息后,完成实体注册;

无人机通过与卫星网络与网络控制中心交互,完成无人机的接入认证;

无人机完成接入认证后,终端在无人机的辅助下完成在天地一体化信息网络中的接入认证;

当无人机由于不可抗力偏离指定空域导致认证中断时,多无人机快速协作,继续辅助终端完成接入认证。

2.如权利要求1所述的无人机辅助的终端接入认证方法,其特征在于,所述的天地一体化信息网络在注册之前,卫星已经与网络控制中心完成组网认证;所述无人机及终端通过安全信道与网络控制中心交互执行实体注册流程,预置秘密消息后,完成实体注册,包括:

(1)无人机注册

1)无人机通过安全信道向网络控制中心发送其身份标识符idu,同时选择随机的puf激励一并发送至网络控制中心;

2)网络控制中心通过其内存中内置的puf计算激励响应同时,网络控制中心生成一组随机激励及伪身份标识符pidn={pid1,pid2,…,pidn},将上述通过安全信道发送至无人机;

3)无人机通过自身内存中嵌入的puf为每一个随机激励生成对应的激励响应然后将这组激励响应返回至网络控制中心;

4)网络控制中心需要存储无人机只需要存储

(2)终端注册

1)在注册阶段,首先由用户终端与网络控制中心进行交互,由用户终端通过安全信道发送自己真实身份标识,同时生成其第i次认证时对网络控制中心内置puf的随机激励将idd,一并发送至网络控制中心;

2)网络控制中心收到后,通过自身内存中的puf生成激励响应同时由网络控制中心生成其对终端内置puf的随机激励以及用户终端进行下次认证的伪身份标识符通过安全信道向用户终端发送消息m:

3)用户终端收到消息m后,由自身内存内置的puf生成激励响应并发送至网络控制中心进行保存;

4)最终,终端需要额外保存网络控制中心保存

3.如权利要求1所述的无人机辅助的终端接入认证方法,其特征在于,所述无人机通过与卫星网络与网络控制中心交互,完成无人机的接入认证,包括:

(1)无人机可以从自身伪身份标识组pidn={pid1,pid2,…,pidn}中任意选择第i个伪身份标识符pidi准备发起认证;

(2)无人机随机选择任一伪身份标识符pidi作为自己本轮认证的身份标识信息以实现对其真实身份的保护;同时利用自身的随机数生成器生成随机数nu,同时读取内部存储的预置秘密消息将认证请求一并发送至其所在空域的卫星;如由于环境因素导致认证请求无响应或遇到ddos攻击,则重新选择新的第i+1个伪身份标识符进行认证;

(3)无人机所在空域的卫星在接收到认证请求后,将添加自身星座身份标识并将认证请求转发至网络控制中心,网络控制中心可以根据其身份标识符确定其所属空域;

(4)网络控制中心伪身份标识符pidi是否在其合法范围内,并随机选取任意一对(ci,ri)用于本轮认证;利用认证请求中的激励计算对应响应根据响应及无人机的激励响ri计算消息认证码:生成本轮认证的随机数ns,并无人机补充新的伪身份标识符pidn+1,此外网络控制中心还需要计算其下一次用于与该无人机认证的激励响应对:并对敏感信息进行保密处理:将认证响应通过原卫星发送至发起认证请求的无人机;

(5)无人机在收到认证响应后,首先利用自身内存中内置的puf计算并利用本地内存中的激励响应以及接收到的数据验证xres是否等于认证完成后计算并获取后续认证的伪身份标识符及网络控制中心的激励响应对:同时,无人机需要生成自己下一轮认证的激励及响应对并进行保密处理:cn+1=h(ci||ri||idu),此外,无人机还需要生成后续通信所需的会话密钥sk以及认证消息确认码res:res=h(ri||sk),无人机将认证响应消息通过卫星发送至网络控制中心等待验证;

(6)网络控制中心接收到认证响应消息后,从中计算出:cn+1=h(ci||ri||idu),利用上述计算结果对res进行验证,若验证通过,则完成对无人机的认证;此时,双方删除使用过的伪身份标识符以及对应的激励响应对而在认证过程中补充的新的伪身份标识符及激励响应对需要分别进行存储,以供后续认证,双方在认证过程中安全协商的会话密钥sk也将分别被双方存储,用于保障后续无线通信过程的安全。

4.如权利要求1所述的无人机辅助的终端接入认证方法,其特征在于,所述无人机完成接入认证后,终端在无人机的辅助下完成在天地一体化信息网络中的接入认证,包括:

(1)由用户终端向提供网络服务的无人机发起认证请求,并通过卫星与网络控制中心交互完成双向认证与密钥协商;由于在无人机接入认证阶段无人机已经完成与网络控制控制和中心的认证,因此,在后续认证流程中,无人机可以辅助其通信覆盖范围内的终端设备进行认证首先由终端设备为本轮认证过程生成随机数nd,同时将自身伪身份标识符以及注册阶段预置的对网络控制中心侧puf的激励作为认证请求,一同发送至其所在空域的无人机;

(2)无人机接收到认证请求后,在认证请求上附加其身份标识符iduav通过卫星转发至网络控制中心以协助完成认证;所述身份标识符在该无人机的接入认证阶段完成后,安全的储存于网络控制中心内;

(3)在收到认证请求后,网络控制中心首先校验伪身份标识符的合法性,为本轮认证生成随机数ns,同时利用其内存中预置的puf计算请求中激励的响应读取网络控制中心中该终端在注册阶段预置的激励响应对并分别计算消息认证码:同时,网络控制中心需要计算下轮认证所需要用到伪身份标识符及激励响应对,并进行保密处理:计算完成后,网络控制中心向卫星转发作为认证响应;

(4)在收到网络控制中心的认证响应后,卫星提取其中的消息认证码xres以及终端和网络控制中心生成的随机数ns,nd,计算hxres=h(nd||ns||xres)用于后续对终端设备的认证;计算完成后,卫星存储xres并发送认证响应至无人机进行后续认证流程;

(5)无人机收到卫星的认证响应后,读取并存储hxres,同时将其身份标识符iduav合并成新认证响应后一同发送至终端;

(6)终端在收到认证响应后,首先根据网络控制中心发送的激励输入到其内存中的puf中,计算出激励响应然后结合其内存中存储的认证系统侧的激励响应对及认证响应内容,计算消息认证码并对mac值进行校验;此外,终端需要计算下一轮认证所需的网络控制中心侧puf的输入激励:同时,终端需要读取其所收到的认证响应的内容,解析出对应的激励响应及网络控制中心为终端生成的新的伪身份标识符终端计算以及下一轮认证计算所需的puf激励响应对并对其进行保密处理:此时,终端可以向无人机发送认证响应消息并计算本轮认证完成后与网络控制中心协商的会话密钥:

(7)无人机在收到终端发送的认证响应消息后,提取其中的res的值,并计算:hres=h(nd||ns||res),计算完成后,无人机可以通过校验hres与其在步骤5中存储的hxres的一致性来完成对终端的认证;若认证通过,则继续转发认证响应消息至卫星;

(8)卫星收到认证响应消息后,读取其在步骤(2)中存储的xres的值并校验res的正确性,若校验一致,则向网络控制中心发送认证确认消息由网络控制中心对秘密消息进行提取;

(9)在收到卫星发送的认证确认消息后,网络控制中心计算得到该终端下一轮认证所需的puf激励响应对及后续通信的会话密钥:

步骤(1)-步骤(9)的流程完成后,终端侧需要存储用于下一轮认证以及后续的无线网络通信过程;网络控制中心侧需要存储用于后续认证及通信。

5.如权利要求1所述的无人机辅助的终端接入认证方法,其特征在于,所述当无人机由于不可抗力偏离指定空域导致认证中断时,多无人机快速协作,继续辅助终端完成接入认证,包括:

当无人机(a)由于电量不足、环境等因素偏离原定空域,导致与其原有的覆盖范围内的终端设备失去连接时,根据无人机(a)偏离时认证流程执行阶段的不同,分以下情况讨论:

(1)原无人机在完成步骤三中所述步骤(2)之前偏离

当无人机(a)偏离指定空域时,若待认证的地面终端设备已经向原无人机完成步骤(1)认证请求的发送,而无人机(a)未收到步骤(1)的认证请求或收到后未成功发送步骤(2)的消息内容,那么当网络控制中心重新派遣状况良好无人机进入指定空域协助进行作业时,终端设备需要重新执行步骤(1)向无人机b再次发起认证流程;

(2)原无人机在步骤(2)完成后至步骤(4)完成前偏离

1)当原无人机a在步骤(2)完成后至步骤(4)完成前偏离其覆盖范围,则由系统指派状况良好的无人机b进入指定空域协助继续完成认证;网络控制中心需要根据参与协助的无人机b的身份标识符iduavb为参与协助的无人机b计算切换识别认证码tmac=h(mac||iduava||iduavb);

2)如此时网络控制中心尚未执行步骤(3)向卫星发送认证响应,则其需将切换识别认证码tmac,无人机b的身份标识符iduavb与步骤(3)中的认证响应通过卫星、无人机b同步发送至终端设备;

3)如此时网络控制中心已经执行步骤(3),则无人机b在收到认证响应后继续等待;网络控制中心在计算好切换识别认证码tmac后,单独发送协助认证消息{tmac,iduava,iduavb}至无人机b;在收到协助认证消息后,无人机b将认证响应、协助认证消息同步发送至终端,继续执行后续认证流程;

4)在终端收到认证响应及协助认证消息后,首先通过自身预置puf计算:并利用注册阶段预置的秘密消息计算:thmac=h(hmac||iduava||iduavb);利用计算得到的hmac、thmac分别对收到的消息中的mac,tmac进行校验,若校验失败,则结束认证流程;反之则认为无人机b为合法无人机,可以通过其继续完成认证;终端计算下一轮认证所需的puf的输入激励并解密出认证响应中包含的激励响应以及新的终端伪身份标识符上述流程完成后,终端计算生成其自身的消息认证码:此外,终端需要为下一轮认证计算所需的puf激励响应对并对其进行保密处理:此时,终端可以向无人机发送认证响应消息并计算本轮认证完成后与网络控制中心协商的会话密钥:

5)无人机收到后,提取其中的res的值,并计算:hres=h(nd||ns||res),计算完成后,无人机可以通过校验hres与其在步骤(5)中存储的hxres的一致性来完成对终端的认证;若认证通过,则继续转发认证响应消息至卫星;

6)卫星收到认证响应消息后,xres的值并校验res的正确性,若校验一致,则向网络控制中心发送认证确认消息由网络控制中心对秘密消息进行提取;

7)在收到卫星发送的认证确认消息后,网络控制中心需要计算得到该终端下一轮认证所需的puf激励响应对及后续通信会话密钥:

8)认证完成后,终端侧需要存储网络控制中心侧需要存储用于后续认证及通信;

(3)原无人机在步骤(5)完成后偏离

1)如此时终端设备已经完成对网络控制中心的认证,并已经计算好认证响应消息,即将执行步骤(6),若其发现原无人机a脱离其通信范围,则其进行静默等待;

2)在网络控制中心计算切换识别认证码tmac=h(mac||iduava||iduavb)后,发送协助认证消息{tmac,iduavb,nd,ns}至卫星;

3)卫星添加消息认证码hxres后,转发至无人机b;负责协助认证的无人机b转发协助认证消息{tmac,iduavb}至终端设备,并将其余信息进行保存;

4)终端在收到协助认证消息后,首先计算:thmac=h(hmac||iduava||iduavb),然后对tmac的值进行校验,若校验不一致,则结束认证;反之,则继续执行步骤(6),向无人机b发送认证响应消息

5)负责协助认证的无人机b收到认证响应消息后,提取其中的res的值,并计算:hres=h(nd||ns||res),计算完成后,无人机b可以通过校验hres与其本地储存的hxres的一致性来完成对终端的认证;若认证通过,则继续转发认证响应消息至卫星执行后续认证流程;

6)卫星在收到认证响应消息后,xres的值并校验res的正确性,若校验一致,则向网络控制中心发送认证确认消息由网络控制中心对秘密消息进行提取;此外,网络控制中心需要计算得到该终端下一轮认证所需的puf激励响应对及后续通信的会话密钥:

7)认证完成后,终端侧需要存储网络控制中心侧需要存储用于后续认证及通信。

6.一种实施权利要求1~5任意一项所述的无人机辅助的终端接入认证方法的无人机辅助的终端接入认证系统,其特征在于,所述无人机辅助的终端接入认证系统,包括:

身份注册模块,用于将无人机及终端通过安全信道与网络控制中心交互执行实体注册流程,预置秘密消息后,完成实体注册;

无人机接入认证模块,用于将无人机通过与卫星网络与网络控制中心交互,完成无人机的接入认证;

无人机辅助的终端接入认证模块,用于在无人机完成接入认证后,终端在无人机的辅助下完成在天地一体化信息网络中的接入认证;

多无人机协助的终端接入认证模块,用于当无人机由于不可抗力偏离指定空域导致认证中断时,多无人机快速协作,继续辅助终端完成接入认证。

7.一种适用于卫星网络的终端设备,所述适用于卫星网络的终端设备安装有如权利要求6所述的无人机辅助的终端接入认证系统。

8.一种如权利要求6所述的无人机辅助的终端接入认证系统在地面终端、无人机、卫星“三位一体”协同认证的接入认证中的应用。

9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品,包括计算机可读程序,供于电子装置上执行时,提供用户输入接口以实施如权利要求1~5任意一项所述的无人机辅助的终端接入认证方法。

10.一种计算机可读存储介质,储存有指令,当所述指令在计算机上运行时,使得计算机执行如权利要求1~5任意一项所述的无人机辅助的终端接入认证方法。


技术总结
本发明属于通信网络安全技术领域,公开了一种无人机辅助的终端接入认证方法、系统、设备及应用,所述无人机辅助的终端接入认证方法包括:终端、无人机通过安全信道与网络控制中心交互完成注册;在无人机和终端都完成注册后,无人机执行接入认证;在无人机接入认证完成后,终端在无人机辅助下执行接入认证;当无人机由于不可抗力偏离指定空域导致认证中断时,多无人机快速协作,继续辅助终端完成接入认证。本发明可以在无人机辅助情况下实时高效完成不同实体身份的认证,快速建立稳定可靠地移动通信网络,为无人机应急通讯、军事作战、消防救援等场景提供技术支撑;在实现匿名性的同时,避免公钥体制中复杂证书管理过程,实现更强的安全能力。

技术研发人员:曹进;关键;李晖;马如慧;赵兴文
受保护的技术使用者:西安电子科技大学
技术研发日:2021.02.20
技术公布日:2021.07.02
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