[发明专利]基于PUF的亿级低空智联网无中心身份认证的架构与方法

权利要求书

1.一种基于PUF的亿级低空智联网无中心身份认证的架构，其特征在于：低空智联网身份认证架构由三个实体：无人机、地面站、卫星，PUF模块和认证数据平台组成，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该空域内的无人机自组网络，在该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，

地面站由民航总局或相关机构负责建立并维护，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无人机的身份认证响应，

卫星在地球轨道组成天基互联网，进行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(SRAM)PUF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。

2.一种应用于权利要求1架构的基于PUF的亿级低空智联网无中心身份认证的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

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，无人机间跨域进行认证，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：若上述认证消息超时，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。

3.根据权利要求2所述基于PUF的亿级低空智联网无中心身份认证的方法，其特征在于：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K_a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K_g，并发送至所有地面站存储。

4.根据权利要求2所述基于PUF的亿级低空智联网无中心身份认证的方法，其特征在于：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C_i，将挑战C_i发送给无人机，

S2.2、PUF数据生成：无人机接收到挑战C_i，利用PUF模块生成响应R_i＝PUF(C_i)，并将响应和身份R_i,ID_i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VirID_i＝Hash(C_i||R_i||ID_i)，生成信任根数据P_i＝Hash(R_i||VirID_i)，并将虚拟身份和卫星通信密钥VirID_i,K_a发送至无人机设备，将PUF数据和虚拟身份C_i,VirID_i,P_i发送至地面站，

S2.4、注册信息的存储：无人机存储VirID_i,K_a至机内非易失性存储器中，地面站认定该无人机的管理权，存储VirID_i,GID_i,C_i,P_i至认证数据平台中，地面站可以直接获取这些数据。