【摘要】：無人機具有成本低、機動性高、適應(yīng)特殊環(huán)境、生存力強、操作便捷且不會有人員傷亡風(fēng)險等優(yōu)點,因此在民用的救援、航拍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,同時也在軍事領(lǐng)域中大放異彩。一旦無人機的通信網(wǎng)絡(luò)被對手破壞,那么后果不堪設(shè)想,因此對無人機網(wǎng)絡(luò)通信安全問題的研究具有極大的意義與價值。無人機群的通信依靠無線網(wǎng)絡(luò),因此極容易被竊聽和遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全機制由于實現(xiàn)復(fù)雜度、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、計算開銷、安全性等種種原因都不適合無人機網(wǎng)絡(luò),而無線網(wǎng)絡(luò)的密鑰管理方案從多方面考慮均為較理想的選擇。本文研究了常見的密鑰分配方案和密鑰協(xié)商協(xié)議,分析了它們的優(yōu)缺點,提出了適用于無人機網(wǎng)絡(luò)的安全通信方法,本文的主要工作成果如下:(1)對常見的無線網(wǎng)絡(luò)密鑰分配方案進行了綜述,介紹了經(jīng)典方案的原理,指出它們的優(yōu)點與不足、適用場景和典型應(yīng)用;詳細(xì)比較分析了現(xiàn)有方案的性能;對相關(guān)理論和方案進行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)和理論分析;介紹了計算安全和信息理論安全的有關(guān)概念。(2)為了研究無人機的通信安全協(xié)議,深入研究了基于門限安全的對密鑰管理方案,在對稱矩陣的門限安全方案基礎(chǔ)上,引入分組思想,提出了一種新的無人機群網(wǎng)絡(luò)對密鑰預(yù)分配方案。與原密鑰分配方案進行了對比,證明該方案有效降低了網(wǎng)絡(luò)的存儲、通信開銷,提升了安全性。(3)對組密鑰管理方案進行了研究。從無人機安全角度出發(fā),主要研究了具有自愈性的相關(guān)方案。本文詳細(xì)介紹了前人的工作基礎(chǔ),指出了其中部分工作在安全性上的不足,并設(shè)計出一種滿足無人機網(wǎng)絡(luò)安全需求的密鑰管理方案,給出了方案的安全性證明,并與其他方案在存儲開銷、計算開銷等方面進行了對比。(4)本文著眼于未來科技發(fā)展對無人機網(wǎng)絡(luò)安全的新需求,進一步研究了基于信息理論安全的密鑰協(xié)商技術(shù),主要研究了有擾信道的密鑰協(xié)商理論,介紹了密鑰協(xié)商過程中信息協(xié)調(diào)階段的常用協(xié)議,分析了它們的特點。重點針對其中的Winnow算法進行了研究,在前人工作基礎(chǔ)上提出了一種具有區(qū)塊大小自適應(yīng)能力的Winnow信息協(xié)調(diào)協(xié)議。在最后進行了仿真實驗和性能分析,證明新提出的協(xié)議相比原有協(xié)議有效提升了糾錯效率。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279;TN918.4
【圖文】：

內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑人機網(wǎng)絡(luò)首先在本質(zhì)上就是一種無線網(wǎng)絡(luò)、同時也是一種移動自組網(wǎng)，因逡逑人機網(wǎng)絡(luò)通信安全的研究就必然涉及無線網(wǎng)絡(luò)安全和移動自組網(wǎng)安全，很逡逑學(xué)者關(guān)于無人機網(wǎng)絡(luò)安全的研究還是基于移動節(jié)點網(wǎng)絡(luò)模型，如華盛頓ｐｔａ團隊的研究ｍ，英國的Ｃｏｎｓｔａｎｔｉｎｉｄｅｓ團隊的論文［８］等。這些方案都是從現(xiàn)逡逑線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ邋Ｓｅｎｓｏｒ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＷＳＮ）或者移動自組網(wǎng)絡(luò)（Ｍｏｂｉｌｅ逡逑邋Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＭＡＮＥＴ）中尋找到靈感，在原有理論基礎(chǔ)上進行了進一步的研逡逑信息理論安全角度著手的密鑰管理方案也有不少，如近些年發(fā)表的數(shù)篇論逡逑］等，都在相關(guān)領(lǐng)域做了不少工作�？傮w上看，現(xiàn)有密鑰管理方案從密鑰建逡逑的不同可分為密鑰分配和密鑰協(xié)商兩種主要方式。逡逑

話密鑰管理（Ｇｒｏｕｐ邋Ｋｅｙ邋Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＧＫＭ）是安全組通信的基網(wǎng)絡(luò)中的組成員之間如何產(chǎn)生、分配和更新密鑰［２５］。最初的ＧＫＭ網(wǎng)絡(luò)，方案需要的資源開銷很高，對通信鏈路穩(wěn)定性要求也很高。無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在很多不穩(wěn)定因素，有時合法組成員可能無法收此，過去的處理思路是讓組管理者（Ｇｒｏｕｐ邋Ｍａｎａｇｅｒ，邋ＧＭ）重新發(fā)送消小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)是可行的，然而一旦無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，節(jié)點數(shù)目較方法就會顯著增加ＧＭ的處理負(fù)擔(dān)、各項開銷和網(wǎng)絡(luò)的整體能量消次重發(fā)消息會帶來較大的安全隱患，對于高安全要求領(lǐng)域如國防不可取。逡逑樣的背景下，設(shè)計出一種無需信息重傳且適用于無線網(wǎng)絡(luò)的組密了各國專家學(xué)者的研究重心。２００２年，美國的Ｓｔａｄｄｏｎ等學(xué)者首共享主密鑰的自愈組密鑰分配（Ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ邋Ｇｒｏｕｐ邋Ｋｅｙ邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ的思想［２７］。逡逑

它們有共享密鑰的節(jié)點（若借助多個節(jié)點即為多跳）來產(chǎn)生會話密鑰。而基于安逡逑全閾值的方案主要是在第一個階段稍有變化，即分配的是對稱二項式或者矩陣，逡逑也是用來計算產(chǎn)生會話密鑰。因此，密鑰預(yù)分配方案的一般流程如圖２．１所示：逡逑廠開始逡逑ｖ邐邐ｙ逡逑邐邋ｊｆ邋邐逡逑密鑰分配逡逑邐邋士邐邋＿逡逑共享密鑰發(fā)現(xiàn)階段逡逑＜Ｗ共享密＃、：．邐逡逑＇ＬＡ邐逡逑；通過其他有共享密鑰的節(jié)逡逑點作為第三方逡逑．產(chǎn)生會話密鑰）—逡逑圖２．１密鑰預(yù)分配方案中會話密鑰產(chǎn)生的一般流程逡逑基本的隨機密鑰分配方案存在著以下共有的問題：基于概率論的隨機密鑰預(yù)逡逑１５逡逑

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