伴随着人类对于太空探索的不断深入,空间资源成为各国开发和研究的焦点。平流层因其稳定的物理环境特性,也日益受到关注。作为平流层利用的典型应用,平流层飞艇具有滞空时间长、覆盖距离广,成本低廉等特点,因此在位置导航、环境监测、交通管理方面有广泛的应用前景。空天车地信息一体化轨道网络是利用平流层空间放置的单个或多个平流层飞艇构成静态滞空平台,使用LTE通信技术,对地面高铁设备及轨旁传感器设备提供无线宽带点对多点服务的通信系统。空天车地一体化通信网络中网元节点间数据传输依赖于无线信道,使得传输数据易被攻击者监听、篡改,对数据的完整性、可用性、机密性造成挑战,直接威胁系统安全。用户接入认证作为接入系统的门户,其安全性至关重要。相比于传统LTE用户接入认证,该网络中认证数据通信传输时延更长,传输数据安全等级更高,终端设备计算能力更为受限。设计一种轻量、高效、贴合系统应用场景的安全接入认证协议十分关键。本文首先结合LTE通信架构研究构造了该一体化网络的系统模型。然后根据目前LTE接入认证协议中的攻击模式,以及网络架构改变而引起的接入端口非安全传输因素,构建了相应攻击模型。最后通过研究现有LTE接入认证协议改进方案并结合本信息系统特点,相应的提出了一种面向空天车地一体化网络的接入认证方案,包含用户初始化接入认证以及用户切换认证方案。本文的工作主要有一下几点:1)针对用户初始化接入认证问题,本文根据设备更换与接入认证频率以及安全需求将用户接入认证划分为核心网接入认证和用户接入认证两个子系统。核心网接入认证子系统利用可信第三方密钥管理机构通过公钥密码算法完成相互认证,生成核心网设备间的安全通信链路。在用户接入认证中,在用户终端添加预置口令,使用SRP(Secure Remote Password)方法对现有LTE用户接入认证协议进行改进,构建双因素认证完成用户与飞艇间的相互认证及密钥协商。2)针对用户切换认证问题,本文根据高铁设备具有固定运行线路的特点,提出了一种基于轨迹预测的切换认证方案。该方案使用切换票据及消息验证码技术,实现了高铁设备不同场景的下的切换。方案避免了切换过程中源基站和源移动管理实体的参与,降低了信息交互次数和切换过程中的通信时延,提升了认证效率。并在保证系统完整性与机密性的同时,与空天车地一体化系统相贴合,实现了地面高铁设备的快速切换认证与密钥协商。3)最后本文对所提出的设计方案的安全性进行了理论分析,并借助形式化分析工具ProVerif对提出的方案进行了仿真验证,证明本方案在认证数据传输过程中的安全性,可以抵御攻击模型中涉及的攻击类型,符合空天车地信息一体化网络安全需求。并且本文还从计算复杂度及通信成本两个方面对所提出的方案进行了效率分析,证实了通过划分子系统可以依据不同安全需求的设备,构建不同的认证方式,使得接入认证方案更加合理。