随着互联网的普及和移动通信技术的发展,人们对即时通信的需求日益增加。低轨卫星网络具有覆盖范围广、通信功耗小、机动性高等优势,不仅降低了卫星通信的使用门槛,还能够补充地基网络实现通信网络的全覆盖,为远洋航行、深山作业、渔民出海等提供即时有效的通信服务。因此,低轨卫星网络的建设成为5G时代背景下的研究热点。然而,低轨卫星网络的信道开放、网络拓扑结构动态变化和用户终端海量的特点,会导致安全、服务质量和地面网络控制中心负载的问题。这对低轨卫星网络的用户接入认证提出了更高的要求。同时,3G/4G网络使用的3GPP协议应用在低轨卫星网络中,由于切换频繁、星地链路时延大,切换延时非常高,影响用户的通信质量。因此,保证用户快速安全的接入与切换是低轨卫星网络能够提供持续通信网络服务的重要因素。针对上述问题,本文提出了一种基于token的随遇接入认证协议,包括初始接入、连接恢复和星间切换认证协议。分析了协议的安全性和性能开销。然后,应用该协议设计了一套低轨卫星网络的用户接入认证服务系统,并在无线网络环境下实现并测试了该系统,实现了用户安全、高效地接入低轨卫星网络。主要研究内容如下。1)针对安全问题。利用卫星时钟高度同步的特点,根据不同的接入场景,设计了初始接入认证协议、连接恢复认证协议和星间切换认证协议。并通过建立攻击者模型、BAN逻辑证明和安全性分析证明了协议的安全性,保证了用户信息和通信数据的安全性。2)针对服务质量问题,在初始接入认证协议中,利用卫星轨迹可预测性特点,将地面网络控制中心预计算的认证向量在星间传递,避免了连接恢复和星间切换过程中卫星再次从地面网络控制中心获取认证信息所消耗的通信延时,提高了认证效率。3)针对地面网络控制中心负载问题,基于哈希函数、异或运算和消息认证码进行认证和密钥协商,降低了计算开销。同时,通过归属域和地面网络控制中心的共享密钥生成token,避免了地面网络控制中心从归属域获取用户信息的通信开销和储存海量用户信息及验证表的资源消耗。4)应用提出的认证协议设计了一套低轨卫星网络用户接入服务系统。采用布隆过滤器和红黑树设计LEO卫星的内存结构,缩减了用户认证信息的查询时间,进一步提高了认证效率。5)在无线网络环境下模拟实现了设计的低轨卫星网络用户接入服务系统,并对系统的功能和性能测试分析。测试分析结果表明本系统能够提供安全、高效的用户接入认证服务。