HC-CSBA：基于哈希链协作蜂群技术的批量认证方法，用于卫星-地面一体化网络中的安全无人机通信

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：HC-CSBA: Hash-Chained Collaborative Swarm-Based Batch Authentication for Secure UAV Communications in Satellite-Terrestrial Integrated Networks

　　

摘要：

在无人机互联网（IoD）中，无人机群的应用日益广泛，包括新兴的卫星辅助及星地一体化空中网络。这些应用需要轻量级、可扩展且安全的认证机制来保障关键任务的通信安全。现有的认证方案要么存在较高的计算开销，要么依赖依赖硬件的物理不可克隆函数（PUF），这增加了部署的复杂性和成本。为解决这些问题，本文提出了一种基于哈希链的协作式群体批量认证协议（HC-CSBA），适用于资源受限的无人机网络。该协议用沙米尔（k,n）-阈值秘密共享替代了基于PUF的防捕获机制，并利用拉姆波特哈希链来实现与时间戳无关的重放保护。此外，基于纠错码的批量验证功能可通过单个聚合方程同时对多架无人机进行认证。通过Dolev-Yao模型下的Scyther工具进行的正式分析表明，该协议具备相互认证、防重放、完美前向保密以及抵御物理捕获攻击的能力。在secp256k1曲线上的实验结果显示，与基准方案相比，HC-CSBA实现了可扩展的认证功能，且延迟开销极低，同时还无需专用硬件。所提出的HC-CSBA协议为下一代IoD无人机群提供了轻量级且软件定义的安全解决方案，为未来星地一体化的无人机网络中的安全通信和访问控制奠定了实用的安全基础。