隨著無人機技術的發(fā)展和制造成本的降低,無人機不僅應用于軍事領域,在農林植保、電力巡檢、警用執(zhí)法、影視航拍等民用領域都取得了廣泛的應用。傳統的無人機主要通過WiFi、藍牙、數字電臺等方式進行圖像傳輸。由于受到國家無線電法規(guī)的限制,無人機圖像傳輸系統的通信距離一般不超過3公里,越來越難以滿足無人機應用的需求�；�4G網絡構建無人機圖像傳輸系統可以極大地擴大通信距離,提高通信速率和通信可靠性,實現對無人機的遠程控制。研發(fā)基于4G移動網絡的無人機圖像傳輸技術有望在未來的無人機市場競爭中占領先機。研發(fā)基于4G移動網絡的無人機圖像傳輸系統時,需要關注傳輸數據的安全問題。本文關注基于4G移動網絡的無人機視頻傳輸系統的信息安全問題,設計了基于Grain-128a算法的流加密系統,基于FPGA實現流加密系統的加密模塊和解密模塊,為基于4G移動網絡的無人機圖像傳輸系統提供數據加密功能。主要包括以下內容:(1)根據基于4G移動網絡的無人機圖像傳輸系統數據加密需求,基于Grain-128a算法設計低延遲的流加密方案,在FPGA上實現流加密系統,在數據丟包情況下實現低延遲數據加密功能。(2)設計基于密鑰流生成器的密鑰更新方案,采用密鑰流作為新密鑰,定期更新密鑰流生成器的密鑰,節(jié)省了硬件開銷,提高了流加密系統的安全性。設計了一個密鑰更新協議,保證加密模塊和解密模塊同步地更新密鑰。(3)設計了兩個密鑰流同步方案,保證數據丟包后可以正常進行數據加密�；赨DP的密鑰流同步方案不會造成額外數據損失,在數據丟包后保證收到的數據都能和密鑰流保持同步,但需要與密文數據網絡傳輸過程配合實現;完全獨立的的密鑰流同步方案不關心密文數據的網絡傳輸過程,獨立性好,但是在數據丟包后接收的第一個數據包中,同步標識符之前的數據無法實現和密鑰流同步,有額外數據損失�；贕ilbert模型對網絡丟包情況進行了分析,確定了密鑰流同步方案的參數和性能。(4)使用Vivado自帶的仿真器對流加密系統進行功能仿真,在FPGA開發(fā)板上驗證流加密系統的數據加密功能和密鑰流同步功能,在無人機圖像傳輸系統中進行視頻加密測試。經過仿真和測試,本文設計的基于Grain-128a算法的流加密系統可以在數據丟包情況下實現密鑰流的快速同步,實時性好,滿足基于4G移動網絡的無人機圖像傳輸系統的數據加密功能需求。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V279;TN919.8
【部分圖文】：

圖5.1 8 倍速密鑰流生成器仿真圖圖5.2 8 倍速密鑰流生成器局部仿真圖（2）32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能仿真使用測試向量（1）中的 key 和 iv 對 32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器進行仿真，仿真結果如圖 5.3 所示。密鑰流生成器在 load 信號發(fā)出后開始加載密鑰進行初始化，由計數器 cnt_8 對初始化過程進行計數，8（256/32=8）個時鐘周期后密鑰流生成開始輸出密鑰流，rdy 為密鑰流輸出有效信號。局部仿真圖如圖 5.4 所示，密鑰流生成器初始化完成后生成的密鑰流為 c0207f221660650b6a952ae26586136f……，與測試向量（1）給出密鑰流相同，32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能正確。

圖5.2 8 倍速密鑰流生成器局部仿真圖（2）32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能仿真使用測試向量（1）中的 key 和 iv 對 32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器進行仿真，仿真結果如圖 5.3 所示。密鑰流生成器在 load 信號發(fā)出后開始加載密鑰進行初始化，由計數器 cnt_8 對初始化過程進行計數，8（256/32=8）個時鐘周期后密鑰流生成開始輸出密鑰流，rdy 為密鑰流輸出有效信號。局部仿真圖如圖 5.4 所示，密鑰流生成器初始化完成后生成的密鑰流為 c0207f221660650b6a952ae26586136f……，與測試向量（1）給出密鑰流相同，32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能正確。

圖5.1 8 倍速密鑰流生成器仿真圖圖5.2 8 倍速密鑰流生成器局部仿真圖（2）32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能仿真使用測試向量（1）中的 key 和 iv 對 32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器進行仿真，仿真結果如圖 5.3 所示。密鑰流生成器在 load 信號發(fā)出后開始加載密鑰進行初始化，由計數器 cnt_8 對初始化過程進行計數，8（256/32=8）個時鐘周期后密鑰流生成開始輸出密鑰流，rdy 為密鑰流輸出有效信號。局部仿真圖如圖 5.4 所示，密鑰流生成器初始化完成后生成的密鑰流為 c0207f221660650b6a952ae26586136f……，與測試向量（1）給出密鑰流相同，32 倍速的 Grain-128a 密鑰流生成器的功能正確。

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本文編號：2830793