[发明专利]一种用于无人机无线视频传输安全的加解密方法

权利要求书

1.一种用于无人机无线视频传输安全的加解密方法，其特征在于：包括AVS视频编解码加密解密与无线信道LDPC码的加密纠错融合编码：

所述AVS视频编解码加密解密具体包括以下步骤：

步骤一：建立视频采集前端，具体包括在无人机端AVS视频编码加入SMI国密安全芯片，视频前端获取视频数据压缩包单元后将该单元发送到安全加密芯片进行加密，然后将加密后的数据包，发送到安全的专用通信网络；

步骤二：建立视频秘钥管理服务端，具体包括通过在地面站建立独立的秘钥管理服务器，通过无线通道实时发送密码给无人机端AVS编码国密加密芯片上，同时将秘钥通过网络实时传给地面站AVS解码板USBKEY进行视频解码，并配合北斗时钟同步来解决中间传输的延迟；加密后的视频数据经无线安全的数据通信网络发送到远程安全视频服务器进行存储或者转发，AVS解码板USBKEY请求数据后，秘钥服务器转发安全加密的视频数据秘钥给AVS-USBKEY解码；

步骤三：进行视频解码，具体包括在无人机地面站的AVS解码板上增加安全USBKEY或安全解密卡，与秘钥服务器建立安全通道，无人机地面站AVS解码USBKEY定向秘钥服务器发送秘钥申请，服务器处理申请，并向地面站解码板上USBKEY发送对应秘钥数据，利用安全USBKEY或安全解密卡解密数据，并由地面站AVS解码端播放视频；

所述无线信道LDPC码的加密纠错融合编码具体包括以下步骤：

S1、对加密纠错融合编码的安全容量域进行建模；信源符号是发送明文sⁿ经过加密纠错融合编码得到密文Xⁿ；信道传输的密文Xⁿ经过窃听信道后，分别在合法接收者和窃听者被接收为Yⁿ和Zⁿ；窃听信道被建模为离散无记忆的信道转移概率P_YZ|X(y,z|x)；在合法接收者处，得到接收密文Yⁿ后，通过融合译码将其恢复为接收明文而在窃听者处，得到接收密文Zⁿ后，由于缺乏密钥k，通过所有可能的方法tⁿ(·)进行破译得到破译明文Tⁿ＝tⁿ(Zⁿ)；

假设信源符号的失真度量为d(S,T)；其中S和T分别为发送的信源符号和恢复得到的信源符号；由此，定义窃听者的平均信源失真为：

基于模型S1，为了同时保证信息传输的可靠性与安全性，须同时满足以下的限制条件：

其中(2)式表示合法接收者的可靠接收条件，(3)式表示窃听者的最小信源失真必须大于D；

在满足两个限制条件下，得到的安全传输速率被定义为：

R＝k·H(S)/n      (4)

其中H(S)为信源的信息熵；

S2、设计基于LDPC的加密纠错融合编码，利用密钥协商得到的对称密钥k，在发送者和接收者两端同步产生一个快速跳变的LDPC码校验矩阵序列H₁,H₂,...,Η_i，进行动态的LDPC码的编译码，从而将加密和纠错的操作融为一体；在发送者，每个发送明文m_i都分别被跳变的校验矩阵Η_i进行融合编码，得到既是密文也是纠错编码码字的发送码字x_i；对应的，接收者从主信道上得到接收码字y_i，并根据与发送者同步产生的校验矩阵Η_i进行融合译码，得到接收明文m′_i；对于窃听者，从窃听信道得到窃听码字z_i进行密码分析，直接估计出对应的发送明文m_i，或者得到校验矩阵Η_i的跳变规律进行信道译码；对于直接估计的攻击方式，为了避免信道编码码字中信息比特部分将发送明文m_i泄露，采用非系统码LDPC编码，将LDPC码字中的信息比特全部打孔；同时，对于通过选择明文攻击的方式尝试预测跳变的校验矩阵Η_i，采用长周期的伪随机数发生器，产生相互间基本不相关的校验矩阵跳变序列，使得窃听者难以预测跳变的校验矩阵的变化；

S3、设计加密纠错融合编码，具体包括：

按照对称密钥k对应的跳变的校验矩阵序列进行加密纠错融合编码仿真，得到对应的序列误码率p_e(k)；然后再随机选取不同的对称密钥k构成测试密钥集合K_RAND，分别通过数值仿真给出其对应的序列误码率p_e(k)；最后，加密纠错融合编码的平均纠错性近似为在密钥测试集合K_RAND上各个序列误码率的平均：

所述加密纠错融合编码将通过对称加密算法得到的伪随机向量r_i用于矩阵扩展构造方法，实时的产生动态校验矩阵H_i＝h(r_i)＝[A(r_i),B(r_i)]；随后进行非系统码LDPC信道编码，将得到的LDPC编码码字的校验比特部分加以随机扰乱作为发送码字：

其中A(r_i)为n×m的二元矩阵，B(r_i)为n×n的可逆二元方阵。