东南大学赵仁敏获国家专利权
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龙图腾网获悉东南大学申请的专利基于PUF的亿级低空智联网无中心身份认证的架构与方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116032549B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-30发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211582533.6,技术领域涉及:H04L9/40;该发明授权基于PUF的亿级低空智联网无中心身份认证的架构与方法是由赵仁敏;王良民;牟健;王琼;梁梦真;李春佼;费越设计研发完成,并于2022-12-09向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于PUF的亿级低空智联网无中心身份认证的架构与方法在说明书摘要公布了:本发明公开一种基于PUF的亿级低空智联网无中心身份认证的架构与方法,包括身份认证架构、域内本地认证、无人机跨域认证和卫星辅助认证,提出利用令牌和PUF信任根两种基于确定性消息的秘密实现无人机的分级分权限认证,并在认证方法中进行密钥分配及无人机的属权分配,实现在亿级低空智联网下的身份认证和无人机管理。本发明可保证低空智联网实体间身份认证的安全性和高效性,采用无中心的方法以适配亿级无人机设备,具有高度灵活性和自治性。
本发明授权基于PUF的亿级低空智联网无中心身份认证的架构与方法在权利要求书中公布了:1.一种基于PUF的亿级低空智联网无中心身份认证的系统,其特征在于:所述系统由无人机、地面站、卫星,一个PUF模块和一个认证数据平台组成,其中: 无人机是低空智联网的移动实体,无人机担当网络节点组成空域内的无人机自组网络,在空域中与地面站进行安全的无线连接通信,无人机是身份认证请求的发送方,内置PUF模块生成身份认证所需的信任根, 地面站由民航总局负责建立并维护,部署在一定区域内,管辖这个区域的无人机和无人机网络,地面站间使用骨干网直接连接,通信安全且时延低,地面站负责无人机设备的入网注册以及对管辖无人机和跨域无人机的身份认证, 卫星在地球轨道组成天基互联网,实现身份认证过程中的短报文通信,起到辅助身份认证和超时紧急通信的作用, PUF模块是内置静态随机存储器SRAMPUF的硬件,部署在无人机的IC芯片中,本质是物理不可克隆函数,负责生成唯一的信任根, 认证数据平台运行于地面站服务器,存储无人机在身份认证过程中产生的身份数据和流转数据,身份数据存储仅限于地面站的本地访问,流转数据则供地面站间共享,整个平台处于安全可信环境中; 基于上述系统进行身份认证,具体包括以下步骤: 步骤S1、对无人机、地面站、卫星进行初始化工作, 步骤S2、注册阶段:对无人机进行注册,生成基于无人机PUF的信任根和虚拟身份, 步骤S3、本地认证:若无人机位于所属地面站管辖范围,无人机与同属地无人机进行认证,认证过程仅需所属地面站的确认, 步骤S4、跨域认证:若无人机进入其他属地,无人机与非属地内无人机进行认证,认证过程需要该区域地面站和卫星的共同参与, 步骤S5、卫星辅助认证:若认证消息超时,无人机使用SM4国密算法加密令牌消息发送至卫星,卫星接收消息并传回地面站,由地面站发起对于无人机的认证; 步骤S1进行初始化工作,无人机在出厂时生成真实身份ID,在无人机内部署PUF模块,用于生成唯一信任根,卫星生成用于短报文通信的128位SM4密钥Ka并发送至民航总局进行报备,民航总局生成加密令牌数据的128位SM4密钥Kg,并发送至所有地面站存储; 步骤S2中注册的具体步骤: S2.1、注册发起:民航总局随机生成一个挑战Ci,将挑战Ci发送给无人机, S2.2、PUF数据生成:无人机接收到挑战Ci,利用PUF模块生成响应Ri=PUFCi,并将响应和身份Ri,IDi发送给民航总局, S2.3、虚拟身份和密钥分配:民航总局生成该无人机的虚拟身份VirIDi=HCi||Ri||IDi,生成信任根数据Pi=HRi||VirIDi,并将虚拟身份VirIDi和卫星通信密钥Ka组成的数据对VirIDi,Ka发送至无人机设备,将PUF挑战Ci、信任根数据Pi和虚拟身份VirIDi,组成数据对Ci,VirIDi,Pi并发送至地面站, S2.4、注册信息的存储:无人机存储VirIDi,Ka至机内非易失性存储器中,地面站认定该无人机的管理权,并结合地面站真实身份GIDi生成数据对VirIDi,GIDi,Ci,Pi,存储VirIDi,GIDi,Ci,Pi至认证数据平台中,地面站可以直接获取这些数据; 步骤S3中进行本地认证:无人机发送虚拟身份VirIDi至地面站,地面站在认证数据平台查询该身份,若地面站真实身份GIDi与之匹配则完成身份认证,发送认证成功消息至无人机; 步骤S4中跨域认证的具体步骤: S4.1、令牌生成:无人机发送跨域请求至本地地面站,地面站使用地面站密钥Kg加密生成令牌Tk=EncryptKg,Ci||Pi||VirIDi,上传该令牌至认证数据平台并且发送至无人机, S4.2、无人机跨域:使用时间戳TS与随机数Nonce生成验证数据HTS||Nonce,并使用异或加密令牌Tk⊕HTS||Nonce后发送至域内地面站,同时发送验证数据HTS||Nonce至卫星,卫星将该消息转发至地面站, S4.3、验证令牌:域内地面站解密令牌Tk数据,并在认证数据平台进行核实,若相同则初步证实该无人机身份,此时可同无人机进行简单的消息通信,进一步地,完整认证需核实PUF信任根数据,地面站解密令牌Tk并发送VirIDi和挑战Ci相关数据至无人机, S4.4、PUF信任根生成:无人机由VirIDi数据的真伪验证地面站的身份,并由挑战Ci生成PUF响应Ri=PUFCi,由该响应生成PUF信任根Pi=HRi||VirIDi,将信任根异或加密Pi⊕HVirIDi||Nonce并发送至地面站, S4.5、认证无人机并分配密钥:地面站解密信任根P′i=m⊕HVirIDi||Nonce,并提取令牌中的数据Pi,若P′i=Pi则成功则验证该无人机身份,同时提取无人机IDi的虚拟身份VirIDi与无人机IDj的虚拟身份VirIDj以及该地面站的真实身份GIDj,生成会话密钥SKij=HVirIDi||VirIDj||GIDj||Nonce,发送至认证双方无人机, S4.6、无人机验证密钥:无人机IDi与无人机IDj验证SKij的有效性,此时双方无人机认证成功并通过会话密钥进行加密通信; 步骤S5中卫星辅助认证的具体步骤: S5.1、无人机与地面站认证消息超时,生成紧急消息M=EncryptKa,Tk||Loc,消息由令牌Tk和位置信息Loc组成,并直接发送至卫星, S5.2、卫星接收紧急消息M,立即转发该无人机消息至最近地面站, S5.3、地面站根据位置信息Loc找到无人机,验证令牌Tk的有效性并发起认证通信,若一直无应答,则认定该无人机失联并报送民航总局。
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