近年来,无人机因其技术与应用上的便利,在军用以及民用领域的使用愈发普遍。它为人们提供了更加方便与优质的服务的同时,也带来了一系列的安全问题。无人机无法实现像大型飞机一样地去使用大型天线,并且没有专业工作人员在机体上直接进行操纵,因而无人机必须要将状态数据实时下传给地面控制站。数据传输通信的网络系统具有开放性,攻击者可以使用多种手段发起对无人机的攻击。本文分析了无人机面对的安全问题以及相关的解决方案,设计了无人机的身份认证协议与安全通信协议。主要工作是在保证无人机通信的轻量级与实时性的前提下,实现微型飞行器与地面控制站之间的身份认证协议,同时也实现通信协议的安全机制,具体为如下几个部分:(1)本文提出基于椭圆曲线算法的身份认证协议,满足了轻量级与实时性的需求;不仅仅需要地面控制站对微型飞行器进行身份认证,而且同时需要微型飞行器对地面控制站进行身份认证,实现了双向身份认证,更加满足了安全性的需求。(2)本文分析无人机通信协议已有的安全机制后进行改进,设计出了基于SM4算法的加密机制。对无人机通信协议的指定字段进行加密,使得只有通过身份认证的两方可以解读关键信息字段。不仅仅满足了轻量级与实时性的需求,而且更加满足了安全性的需求。(3)本文研究的无人机通信协议,基于地面控制站系统搭建实现。并在Linux平台上进行实验,由多组对比组作为参照,对本文设计的方案进行性能测试,对结果进行了分析评估。本文详细描述了设计方案的具体流程,并通过构建攻击模型的方式来分析了协议的安全性。在效率上与多种方案进行比较,本文设计的方案具有较高的效率,满足轻量级与实时性的需求,适用于微型飞行器与地面控制站之间的安全通信。