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2018年6月Journal on Communications June 2018 第39卷第6期通信学报V ol.39No.6 新的低轨星座组网认证与群组密钥协商协议张子剑1，周琪1，张川1，童逍瑶1，李春磊2，王龙1（1. 北京理工大学计算机学院，北京 100081；2. 中国民航信息集团公司，北京 101318) 摘要：由于低轨卫星具有通信和持续监测的功能，其在航天领域得到广泛的应用，然而现有的卫星通信系统中没有专门的认证系统。
为了解决该问题，针对低轨星座组网设计了轻量级的认证协议，考虑了认证过程中链路切换的情况，对协议进行了仿真验证并与3GPP AKA协议进行对比。
模拟实验结果表明，低轨星座组网认证协议比3GPP AKA协议效率提高了20%，同时群组密钥协商时间约为300 ms。
关键词：低轨卫星组网；认证；密钥协商中图分类号：TP393文献标识码：Adoi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2018102New low-earth orbit satellites authenticationand group key agreement protocolZHANG Zijian1, ZHOU Qi1, ZHANG Chuan1, TONG Xiaoyao1, LI Chunlei2, WANG Long11. School of Computer Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China2. China TravelSky Holding Company, Beijing 101318, ChinaAbstract: Due to the function of communication and continuous monitoring, the low-earth orbit satellites are widely used in the aerospace field. However, there is no special authentication protocol in the existing satellite communication system.In order to solve this problem, a lightweight authentication protocol which considering the switch of communication path in the authentication process was designed for the low-earth orbit satellites, and the proposed protocol was verified by simulation and compared with the 3GPP AKA protocol. The simulation results show that the protocol has a 20% higher efficiency than 3GPP AKA protocol, and the spend of group key agreement protocol is about 300 ms.Key words: low-earth orbit satellites, authentication, key agreement1引言在低轨星座组网中，卫星数目相对较多，如铱星通信系统中一共有66颗低轨卫星，全球星通信系统中一共有48颗低轨卫星。
新的低轨星座组网认证与群组密钥协商协议张子剑;周琪;张川;童逍瑶;李春磊;王龙【摘要】由于低轨卫星具有通信和持续监测的功能,其在航天领域得到广泛的应用,然而现有的卫星通信系统中没有专门的认证系统.为了解决该问题,针对低轨星座组网设计了轻量级的认证协议,考虑了认证过程中链路切换的情况,对协议进行了仿真验证并与3GPP AKA协议进行对比.模拟实验结果表明,低轨星座组网认证协议比3GPP AKA协议效率提高了20％,同时群组密钥协商时间约为300 ms.【期刊名称】《通信学报》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】9页(P146-154)【关键词】低轨卫星组网;认证;密钥协商【作者】张子剑;周琪;张川;童逍瑶;李春磊;王龙【作者单位】北京理工大学计算机学院,北京 100081;北京理工大学计算机学院,北京 100081;北京理工大学计算机学院,北京 100081;北京理工大学计算机学院,北京100081;中国民航信息集团公司,北京 101318;北京理工大学计算机学院,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TP3931 引言在低轨星座组网中，卫星数目相对较多，如铱星通信系统中一共有66颗低轨卫星，全球星通信系统中一共有 48颗低轨卫星。
同时，低轨星座组网中卫星的用途广泛[1]，由于低轨卫星距离地面很近，其广泛用于检测和通信。
然而，现有的卫星系统大多都是由单颗卫星组成的。
目前，国外的卫星组网仅有铱星通信系统和全球星通信系统。
由于低轨星座组网的实现和维护成本较高，实现代价较大，国内并没有成熟的低轨星座组网。
针对低轨星座组网，国内外许多学者对其认证协议进行了研究。
张小亮等[2]设计了一种端到端认证协议并构建了安全认证仿真系统。
徐志博等[3]基于IKE协议设计了一种适用于卫星网络的端到端认证协议。
徐日新等[4]为卫星移动通信系统提出了一种结合可穿戴设备与智能终端的持续认证方案。
高婧等[5]针对传统认证方案中认证效率较低、认证过程较复杂等问题提出了一种基于ELGmamal数字签名的卫星网络认证方案。
认证密钥协商协议的研究
认证密钥协商协议的研究
密钥协商是在通信过程中，确保通信双方能够安全地交换密钥并建立安全连接的过程。
在网络通信中，密钥协商协议成为了保证安全性的关键。
本文将探讨认证密钥协商协议的研究，分析其原理、问题和应用。
1. 介绍
认证密钥协商协议是指在通信双方之间建立安全连接时，双方通过互相验证身份、生成并交换密钥的一种协议。
在网络通信中，认证密钥协商协议的主要目标是实现机密性、完整性和身份验证。
它是实现安全通信的基础，广泛应用于无线通信、互联网和移动通信等领域。
2. 认证密钥协商的原理
认证密钥协商的原理包括密钥生成、密钥交换与验证三个步骤。
首先，通信双方生成自己的密钥，可以使用对称加密还是非对称加密算法取决于具体协议的设计。
然后，双方通过一定的通信手段将生成的密钥交换。
最后，双方对接收到的密钥进行验证，以确保通信双方的身份和密钥的正确性。
3. 认证密钥协商协议的分类
认证密钥协商协议可以分为对称密钥协商和非对称密钥协商两类。
对称密钥协商协议中，通信双方使用相同的密钥进行加密和解密，这种协议的优点是速度快、计算量小。
而非对称密钥协商协议则使用不同的密钥进行加密和解密，安全性更高，但计算量也更大。
4. 认证密钥协商协议存在的问题
虽然认证密钥协商协议在实现安全通信中发挥重要作用，但它
也存在一些问题。
首先，安全性问题是最关键的。
安全性弱的协议容易被恶意攻击者利用，导致信息泄露和通信中断。
其次，计算量和延迟问题也是需要解决的难题。
密钥协商的过程需要计算和通信时间，这会导致通信的延迟和性能下降。
此外，协议的复杂性和可扩展性也是需要考虑的因素。
5. 认证密钥协商协议的应用
认证密钥协商协议广泛应用于各个领域，特别是对于需要保护敏感信息的通信过程。
在电子商务中，用户需要与服务提供商安全地交换支付密钥以确保交易的安全性。
在移动通信中，认证密钥协商协议被用于确保手机用户与运营商之间的通信安全。
此外，在无线传感器网络和云计算环境中，认证密钥协商协议也扮演了重要角色。
6. 总结
认证密钥协商协议是实现安全通信的关键技术之一。
它通过生成、交换和验证密钥的过程，确保通信双方能够安全地建立连接。
然而，认证密钥协商协议也面临着一些挑战，如安全性、计算量和延迟等问题。
随着科技的不断发展，我们需要不断改进和优化认证密钥协商协议，以满足不断增长的安全需求
综上所述，认证密钥协商协议在实现安全通信中具有重要作用，但也存在一些问题需要解决。
安全性、计算量和延迟是当前需要关注的主要挑战。
然而，认证密钥协商协议在电子商务、移动通信、无线传感器网络和云计算等领域具有广泛应用，并且随着科技的发展，我们需要不断改进和优化协议，以满足不断增长的安全需求。
通过持续的研究和创新，我们可以进一步提高认证密钥协商协议的安全性和性能，从而确保通信的安全性和可靠性。
