无人机网络中支持容错性的批量认证方案

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无人机网络(Io D)主要由无人机(UAV)、地面控制站(GCS)与可信认证中心(TA)组成,主要目的是协调无人机在受管控的区域内的接入访问以及提供信息服务。由于无人机集群受限的计算资源以及无线网络通信的不稳定性,使得地面控制站对无人机集群快速的身份认证有着严格的要求。批量认证方法可以有效解决逐次认证的低效率问题,广泛应用于物联网、车辆自组织网络等。但是传统的批量认证方法缺少支持容错性,当无人机集群与地面控制站之间传输的数据包发生错误时,导致批量认证方法输出的结果为不通过,增加了认证时延与通信开销,无法满足无人机网络中对批量认证的需求。本文针对无人机网络的批量认证场景展开研究,分别提出支持容错性的基于非覆盖族的批量认证方案FTBACF F以及支持容错性的基于秘密共享的批量认证方案F T BAT SS,这两个方案均适用于地面控制站对无人机集群的批量认证。与传统的批量认证方案相比,本文提出的两个方案能够容忍无人机发送给地面控制站的数据包在通信过程中传输出错的情况。其中FTBACF F方案使用了非覆盖族与聚合签名来实现容错性,而FTBAT SS方案则使用了基于拉格朗日插值多项式的秘密共享方法来实现容错性。在高可用高实时的无人机网络场景中,本文提出的方案相比于传统批量认证方案能有效减少重认证的次数,提高批量认证的效率,减少通信开销。本文分别对所提出的FTBACF F和FTBAT SS方案进行安全性分析,并且设计仿真实验进行性能测试与分析。在随机预言机模型下,FTBACF F方案是EUF-CMA安全的,而FTBAT SS方案是EUF-FID-CMA安全的,其安全性分别归约到co-CDH以及k-DHI困难性假设,满足所提出的安全目标。仿真实验结果显示,FTBACF F和FTBAT SS方案均具备一定的容错性,适应无人机网络中无人机计算资源紧缺、通信环境复杂的特性。
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