[发明专利]一种轻量级低轨星座组网认证与群组密钥协商方法

权利要求书

1.一种轻量级低轨星座组网认证与群组密钥协商方法，其特征在于：包括低轨星座组网认证过程、低轨星座组网群组密钥协商过程和完成群组密钥协商过程后对消息传输方式的改变三部分；

其中，低轨星座组网认证过程中涉及到的符号如下：

低轨星座网络由低轨卫星和低轨星间链路组成，用无向属性图LUG＝(LV，LE)表示；

其中，LV表示低轨卫星节点，即表示低轨星座网络中的低轨卫星，具体表述为n^LV，s^LV，d^LV，其中，n^LV表示低轨卫星编号，是唯一识别低轨卫星的标识；s^LV表示低轨卫星的安全信息；d^LV表示低轨卫星的受控信息；

LE表示低轨星间链路，记为lv_m，lv_n，s^LE，其中lv_m∈LV为链路LE的起点，lv_n∈LV为链路LE的终点；

LS表示低轨卫星关口站，记为n^LS，s^LS，c^LS，其中n^LS表示低轨卫星关口站编号，唯一标识一个低轨卫星关口站；s^LS表示低轨卫星关口站的安全信息；c^LS表示低轨卫星关口站的控制信息；

低轨星座组网认证过程负责卫星在以下两种情况时进行认证；其一，卫星经过极地交汇处之后相邻两侧轨道上的卫星发生变化，相应的卫星间的通信链路需要进行切换时；其二，处于相邻轨道上但运行方向相反的卫星，卫星之间需要通过同轨道上的卫星往高纬度方向进行通信再跳转至相邻轨道上时；

低轨星座组网认证过程，通过以下步骤实现：

步骤一、低轨卫星lv_i与低轨卫星关口站ls_k进行认证；

其中，lv_i与是低轨星座网络外的一个欲组网的低轨卫星；

低轨卫星关口站ls_k与是低轨星座网络外地面的中转站；

步骤二、完成步骤一的认证之后，低轨卫星lv_i会向低轨卫星关口站ls_k发送与低轨卫星lv_j的认证请求；

其中，lv_j是低轨星座网络LUG＝(LV，LE)中的一个低轨卫星节点；

步骤三、低轨卫星关口站ls_k将与低轨卫星lv_j进行认证；与此同时，低轨卫星关口站ls_k会生成两个低轨卫星节点lv_i和lv_j之间的会话密钥；

步骤四、当低轨卫星关口站ls_k与两卫星lv_i和lv_j认证通过后，低轨卫星关口站ls_k将会话密钥发送给lv_i和lv_j；

步骤五、会话密钥发送完后，lv_i将加入到低轨星座网络中，此时低轨星座网络会增加与低轨卫星lv_i以及低轨卫星lv_j相关联的低轨星间链路le_ij；

至此，从步骤一到步骤五，完成了低轨星座组网认证过程；

低轨星座组网群组密钥协商过程，具体为：

步骤1、将同一轨道上的低轨卫星作为一个群组，相邻轨道上的低轨卫星作为一个群组，按照这样的方式将所有的低轨卫星划分成了多个群组；lv_i加入低轨星座网络后根据以上方式分配群组；

步骤2、将lv_i所携带的会话密钥与其所加入的群组内所有的对称密钥进行异或计算得到新的群组密钥，群组将群组密钥发送给低轨卫星关口站，这样低轨卫星关口站会维护这些群组的密钥；

至此，从步骤1到步骤2，完成了低轨星座组网群组密钥协商过程；

完成群组密钥协商过程后对消息传输方式的改变，具体为：

在实现群组密钥协商前，通信的消息在经过每一颗低轨卫星时都要使用相应的对称密钥进行一次解密和一次加密；

在实现群组密钥协商后，通信的消息在群组内直接转发，当由一个群组进入另一个群组之后，使用另外一个群组的密钥进行二次加密；同时传输的协议会在消息内容中附加消息经过的群组，这样消息到达低轨卫星关口站的时候，由低轨卫星关口站根据消息经过的群组使用密钥依次解密。

2.根据权利要求1所述的一种轻量级低轨星座组网认证与群组密钥协商方法，其特征在于：步骤1中，群组的数量大于等于1个，其数量和低轨卫星网络的卫星节点规模相关。