一种基于量子随机数的无人机通信链路加密系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于量子随机数的无人机通信链路加密系统，属于信息安全领域。本发明专利技术的系统包括地面站和无人机，地面站包括：量子随机数密钥系统和QKD密钥系统；量子随机数密钥系统包括：随机数密钥生成系统；QKD密钥系统包括：QKD密钥生成系统。本发明专利技术结合传统公钥密码体制中的密钥协商原理、无人机应用的通信安全以及量子密钥分发协议安全性，提出一种基于量子随机数的无人机通信链路加密系统，能够提高无人机的通信过程中涉及的通信数据安全性。高无人机的通信过程中涉及的通信数据安全性。高无人机的通信过程中涉及的通信数据安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子随机数的无人机通信链路加密系统


[0001]本专利技术属于信息安全领域，具体涉及一种基于量子随机数的无人机通信链路加密系统。

技术介绍

[0002]无人机是一类无人操作的能自主或者半自主执行既定任务或者实时任务的机械结构的简称。随着科技的发展与越来越复杂化的实际需求，在各行各业中无人机的应用越来越广泛。无人机由于在完成任务过程中脱离了在物理环境中人和机器的同时存在性的要求，操作者可以脱离机器所处的物理环境进行实时操作无人机本身，进而可以极大化发挥无人机的功能性能，尽量释放机器实际工作过程中由于人的因素而被限制的隐藏潜能。在实际应用中无人机的类型广泛，有无人飞机，无人车、无人艇等各种各样的无人操作系统，使用环境多种多样，应用背景非常广泛。在工业应用领域，无人飞机可以按照既定巡航轨迹检查大型设备故障点并定位故障发生坐标，由于涉及的大型设备体积庞大，人工检查的厂家设备定制费用高、人员安全危险系数大、人工检查容易漏检等各种因素，利用无人飞机按照既定飞行轨迹检查故障发生位置并做好标记，再通过人工或者移动机器人实施故障排除工作及大地提高故障处理效率，降低了故障的漏检率。在其他实际应用领域中，无人机更多是服务社会生产生活、提高各类各型系统工作效率的主要手段。但是无人机的通信过程中涉及的通信数据安全性也是值得关注的主要安全问题之一，特别是在数据链层的安全通信直接影响通信质量和通信安全。
[0003]量子通信加密协议安全性依赖于量子物理三大定律(海森堡不确定性原理、测量塌缩理论和量子不可克隆定律)。因此，在理论上无论窃听者拥有的计算资源有多大也无法获取到密钥信息，从而导致量子密钥分配(QKD)拥有理论上的无条件安全性。量子随机数是满足实际应用的真随机数，且量子随机数发生器产生的随机数经后处理能满足真随机数检测和各种随机数标准测试。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种基于量子随机数的无人机通信链路加密系统，以解决无人机的通信过程中涉及的通信数据安全性问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于量子随机数的无人机通信链路加密系统，该系统包括地面站和无人机，地面站包括：量子随机数密钥系统和QKD密钥系统；量子随机数密钥系统包括：随机数密钥生成系统；QKD密钥系统包括：QKD密钥生成系统；地面站和无人机的密钥组建方式为：
[0008]地面站中的随机数密钥生成系统生成量子随机数密钥，地面站的QKD密钥生成系统生成QKD密钥，地面站中的随机数密钥生成系统生成的量子随机数密钥通过通信系统发
送给无人机；
[0009]地面站利用随机数密钥生成系统生成的量子随机数密钥加密QKD密钥生成系统生成的QKD密钥，生成量子密钥；量子密钥通过通信系统发送到无人机；
[0010]无人机利用收到了量子随机数密钥解密量子密钥得到QKD密钥，地面站和无人机得到了相同QKD密钥，QKD密钥为通信密钥，利用QKD密钥进行通信数据的密码相关业务。
[0011]进一步地，所述量子随机数密钥系统还包括随机数密钥管理系统，所述QKD密钥系统还包括量子密钥管理系统。
[0012]进一步地，通信初始阶段，地面站的随机数密钥生成系统生成量子随机数密钥并送至随机数密钥管理系统，然后随机数密钥管理系统把随机数密钥生成系统生成的量子随机数密钥发给通信系统，通信系统把量子随机数密钥发给无人机，同时随机数密钥管理系统也把量子随机数密钥发给QKD密钥生成系统。
[0013]进一步地，QKD密钥系统中的QKD密钥生成系统生成QKD密钥，然后QKD密钥生成系统利用随机数密钥管理系统传过来的量子随机数密钥加密QKD密钥生成量子密钥，量子密钥管理系统把量子密钥发送给通信系统，通信系统把量子密钥传给无人机的对应接收单元。
[0014]进一步地，无人机接收单元同时接收了量子随机数密钥和量子密钥，无人机的对应处理单元利用接收单元传给的量子随机数密钥解密量子密钥就得到了对应的QKD密钥，此时地面站和无人机就得到了同样的QKD密钥，在后续的通信中地面找和无人机利用最新的QKD密钥加解密通信链路上的信息。
[0015]进一步地，地面站和无人机的通信密钥更新方式利用事件触发+时间触发的方式，即在通信接通阶段采用时间触发的更新方式，在通信间歇阶段采用事件触发的方式。
[0016]进一步地，在通信畅通时，利用以时间触发的方式更新密钥；当通信不畅通时，以事件触发的方式更新密钥；在每次利用密钥执行加解密时，地面站先发送ACK消息给无人机并试图得到无人机的ACK消息回传，当地面站确认发送并得到无人机回复的ACK消息后，地面站和无人机才执行相关业务的加解密程序。
[0017]进一步地，在每次通信开始之前，发送信息方先发送一个ACK信号到接收信息方，接收信息方接收到ACK信号后，回复发送信息方一个ACK信号，如果发送信息方收到了接收信息方的ACK信息反馈，则开始处理更新密钥的流程，即利用ACK消息的发送与反馈来确认通信是否需要开始。
[0018]进一步地，在通信接通的情况下，地面站以一定的时间周期发送ACK信号来要求和无人机交互更新密钥，此时属于以时间的方式触发密钥的更新。
[0019]进一步地，在通信间歇阶段，一旦地面站在某个时刻点发现发送的ACK信号没有得到无人机的回复，则认为是通信属于间歇阶段，从此刻开始到下一个通信接通的时刻期间，通信的密钥使用最后的通信接通时最近更新的密钥进行业务数据的加解密，然后地面站以固定周期的形式更新密钥，此时是属于以事件的方式触发密钥的更新，事件为：ACK信号得不到回复事件。
[0020](三)有益效果
[0021]本专利技术提出一种基于量子随机数的无人机通信链路加密系统，本专利技术结合传统公钥密码体制中的密钥协商原理、无人机应用的通信安全以及量子密钥分发协议安全性，提
出一种基于量子随机数的无人机通信链路加密加密系统，能够提高无人机的通信过程中涉及的通信数据安全性。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的基于量子随机数的无人机通信链路加密系统示意图。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0024]针对无人机通信链路的数据传输进行加密保护，本专利技术提供一种基于量子随机数的无人机通信链路加密系统，该系统包括地面站和无人机，地面站包括：量子随机数密钥系统和QKD密钥系统；量子随机数密钥系统包括：随机数密钥生成系统和随机数密钥管理系统；QKD密钥系统包括：QKD密钥生成系统、量子密钥管理系统；
[0025]地面站和无人机的密钥组建方式：
[0026]地面站中的随机数密钥生成系统生成量子随机数密钥，地面站的QKD密钥生成系统生成QKD密钥，地面站中的随机数密钥生成系统生成的量子随机数密钥通过通信系统发送给无人机；地面站本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量子随机数的无人机通信链路加密系统，其特征在于，该系统包括地面站和无人机，地面站包括：量子随机数密钥系统和QKD密钥系统；量子随机数密钥系统包括：随机数密钥生成系统；QKD密钥系统包括：QKD密钥生成系统；地面站和无人机的密钥组建方式为：地面站中的随机数密钥生成系统生成量子随机数密钥，地面站的QKD密钥生成系统生成QKD密钥，地面站中的随机数密钥生成系统生成的量子随机数密钥通过通信系统发送给无人机；地面站利用随机数密钥生成系统生成的量子随机数密钥加密QKD密钥生成系统生成的QKD密钥，生成量子密钥；量子密钥通过通信系统发送到无人机；无人机利用收到了量子随机数密钥解密量子密钥得到QKD密钥，地面站和无人机得到了相同QKD密钥，QKD密钥为通信密钥，利用QKD密钥进行通信数据的密码相关业务。2.如权利要求1所述的基于量子随机数的无人机通信链路加密系统，其特征在于，所述量子随机数密钥系统还包括随机数密钥管理系统，所述QKD密钥系统还包括量子密钥管理系统。3.如权利要求2所述的基于量子随机数的无人机通信链路加密系统，其特征在于，通信初始阶段，地面站的随机数密钥生成系统生成量子随机数密钥并送至随机数密钥管理系统，然后随机数密钥管理系统把随机数密钥生成系统生成的量子随机数密钥发给通信系统，通信系统把量子随机数密钥发给无人机，同时随机数密钥管理系统也把量子随机数密钥发给QKD密钥生成系统。4.如权利要求3所述的基于量子随机数的无人机通信链路加密系统，其特征在于，QKD密钥系统中的QKD密钥生成系统生成QKD密钥，然后QKD密钥生成系统利用随机数密钥管理系统传过来的量子随机数密钥加密QKD密钥生成量子密钥，量子密钥管理系统把量子密钥发送给通信系统，通信系统把量子密钥传给无人机的对应接收单元。5.如权利要求4所述的基于量子随机数的无人机通信链路加密系统，其特征在于，无人机接收单元同时接收了量子随机数密钥和量子密钥，无人机的对应处理单元利用接收单元传给的量子随机数密...

【专利技术属性】
技术研发人员：任祥，范瑾，李大卫，万星，曲新春，张智慧，郑旭，汪嫱，
申请(专利权)人：北京计算机技术及应用研究所，
类型：发明
国别省市：