CN106850523A - 无人飞行器的电子调速器验证系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无人飞行器的电子调速器验证系统及方法，通过主控端以及电子调速器之间的双向认证与加密机制，使电子调速器的改装受到限制，以防止无人飞行器的非法用途，此外，所提供的电子调速器具有双重模式，以提升应用的灵活性。

Description

无人飞行器的电子调速器验证系统及方法
技术领域
本发明关于一种无人飞行器的电子调速器验证系统及方法，更精确的说，关于一种通过在主控端及电子调速器之间的认证机制，判断电子调速器是否经过认证的无人飞行器的电子调速器验证系统及方法。
背景技术
在过去的年代，飞行玩具模型往往都只能作为玩乐、竞技以及表演上的辅助道具的用途，但近年来电子科技的发展与功能不断的进步，因此具有多方向功能的无人飞行器逐渐受到人们重视。
现今，无人飞行器不在是人们以前手中的飞行玩具模型，其可以运用于更多方位的用途，例如搭配摄像机可用于球赛、演唱会的实况转播或是其他需要空中拍摄的工作等，甚至加入GPS卫星定位系统可以用来高空搜救、天然灾后监控、商品外送服务以及跟随拍摄追踪定位等，实用范围相当广泛。
目前无人飞行器应用市场日益蓬勃，当无人飞行器在天空执行飞行任务时，也带来公众安全的隐忧。越强的载重能力代表越能携带更具破坏力的攻击武器，而电机的推力是载重能力的关键。目前使用最为广泛的无人飞行器的控制系统通过中控端发送控制信号至电子调速器，其放大电流以驱动无刷电机，因此，通过改装电子调速器与电机即可提高载重能力与飞行距离。
然而，目前对于无人飞行器上的电子调速器改装并没有限制，如果有心人通过更换电子调速器，改装成载重更重，飞行距离更远的无人飞行器进行非法用途，将会造成严重的伤害。因此，各国机构如美国联邦航空总署(FAA)，已经开始管制正要蓬勃发展的无人飞机。为了防止非法改装载重更重的电子调速器，需要对无人飞行器主控芯片以及电子调速器之间进一步设计认证及数据加密机制，来防止有心人改装电子调速器。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种无人飞行器的电子调速器验证系统，其包含主控端及至少一电子调速器。主控端包含第一数据库、第一加解密模块及第一收发器。第一数据库存储有认证数据、经认证数据及控制数据。第一加解密模块与数据库电连接，第一收发器与第一加解密模块连接。至少一电子调速器包含第二收发器、第二加解密模块、第二数据库及驱动模块。第二收发器配置以与第一收发器进行数据传输。第二加解密模块与第二收发器连接，第二数据库用于存储经解密的认证数据，驱动模块连接并控制电机。当主控端与至少一电子调速器连接并启动主控端，进入一认证阶段，第一加解密模块将第一数据库中的认证数据进行加密，并通过第一收发器传输至第二收发器，第二加解密模块将所接收的认证数据进行解密，并存储至第二数据库，第二加解密模块将认证数据再次进行加密，并通过第二收发器传输至第一收发器，第一加解密模块将所接收的认证数据进行解密，并比对是否与第一数据库的经认证数据相同，若是，则进入一控制阶段，配置第一加解密模块将控制数据加密，并配置第一收发器将加密的控制数据传输至第二收发器，第二加解密模块将所接收的控制数据解密，驱动模块根据经解密的控制信号控制电机的转速。
较佳者，在控制阶段中，主控端可经配置以进一步同时将认证数据及控制数据通过第一加解密模块加密，再通过第一收发器传输至第二收发器，经第二加解密模块解密后，判断经解密的认证数据是否与第二数据库先前存储的认证数据相同，若是，则驱动模块根据经解密的控制信号控制电机的转速，若否，则忽略控制信号。
较佳者，若第二加解密模块判断所接收的控制数据未经加密，驱动模块可直接根据所接收的控制数据控制电机的转速。
较佳者，第一数据库所存储的经认证数据可为预先利用第一加解密模块加密，再利用第二加解密模块解密后再加密，再通过第一加解密模块解密后所产生。
较佳者，主控端可进一步包含随机数产生器，其用于产生认证数据，且经认证数据为根据经随机数产生器产生的认证数据所产生。
根据本发明的另一实施例，提供一种无人飞行器的电子调速器验证方法，其适用于前述的无人飞行器的电子调速器验证系统，方法包含下列步骤：将主控端与至少一电子调速器连接并启动主控端；进入一认证阶段，利用第一加解密模块将第一数据库中的认证数据进行加密；通过第一收发器将加密后的认证数据传输至第二收发器；利用第二加解密模块将所接收的认证数据进行解密存储至第二数据库；利用第二加解密模块将认证数据再次进行加密；通过第二收发器将认证数据传输至第一收发器；利用第一加解密模块将所接收的认证数据进行解密；比对所接收的认证数据是否与第一数据库的经认证数据相同，若是，则进入一控制阶段，利用第一加解密模块将控制数据加密，并利用第一收发器将加密的控制数据传输至第二收发器；利用第二加解密模块将所接收的控制数据解密；以及利用驱动模块根据经解密的控制信号控制电机的转速。
较佳者，在控制阶段中可进一步包含下列步骤：利用加解密模块同时将认证数据及控制数据进行加密；通过第一收发器将认证数据及控制数据传输至第二收发器；利用第二加解密模块将所接收的认证数据及控制数据解密；利用第二加解密模块判断经解密的认证数据是否与第二数据库先前存储的认证数据相同，若是，则利用驱动模块根据经解密的控制信号控制电机的转速，若否，则忽略控制信号。
较佳者，若第二加解密模块判断所接收的控制数据未经加密，则可利用驱动模块直接根据所接收的控制数据控制电机的转速。
较佳者，在认证阶段前，第一数据库所存储的经认证数据可为预先利用第一加解密模块加密，再利用第二加解密模块解密后再加密，再通过第一加解密模块解密后所产生。
较佳者，主控端可进一步包含随机数产生器，其可用于产生认证数据，且经认证数据可为根据经随机数产生器产生的认证数据所产生。
综上所述，依本发明的无人飞行器的驾驶身分认证系统，其可具有一个或多个下述优点：
(1)此无人飞行器的电子调速器验证系统及方法能防止有心人在电子调速器认证成功后，才更换没有认证过的电子调速器，发送给电子调速器的控制数据也会经过加密，如果电子调速器无法正确的解密，更换过后的电子调速器将无法正常工作，防止有心人通过更换电子调速器，改装成载重更重，飞行距离更远的无人飞机。
(2)此无人飞行器的电子调速器验证系统及方法具有双模的功能，可以接收没有加密过的控制数据，也可以接收加密过的控制数据，具有这个功能，可以提升具有认证功能的电子调速器的扩展性。
附图说明
本发明的上述及其他特征及优势将利用参照附图详细说明其例示性实施例而变得更显而易知，其中：
图1为本发明的无人飞行器的电子调速器验证系统的实施例的方块图。
图2为本发明的无人飞行器的电子调速器验证系统的另一实施例的方块图。
图3为本发明的无人飞行器的电子调速器验证系统架设于无人飞行器的示意图。
图4为本发明的无人飞行器的电子调速器验证系统的又一实施例的方块图。
图5A～图5B为本发明的无人飞行器的电子调速器验证方法的实施例的流程图。
符号说明：
1、2：电子调速器验证系统
100、200、300：主控端
102、202、302：电子调速器
104、204：第一收发器
106、206：第一加解密模块
108、208：第一数据库
110、122、210、222：认证数据
112、212：经认证数据
114、214：控制数据
116、216：第二收发器
118、218：第二加解密模块
120、220：第二数据库
124、224：驱动模块
126、226、306：电机
228：随机数产生器
3：无人飞行器
304：电线
S401～S407、S501～S513：步骤
具体实施方式
为利贵审查员了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。
于此使用，词汇“与/或”包含一个或多个相关条列项目的任何或所有组合。当“至少其一”的叙述前缀于一元件清单前时，修饰整个清单元件而非修饰清单中的个别元件。
请参考图1，其为本发明的无人飞行器的电子调速器验证系统的示意图。如图所示，本发明的无人飞行器的电子调速器验证系统1包含包含主控端100及至少一电子调速器102。主控端100包含第一数据库108、第一加解密模块106及第一收发器104。第一数据库108存储有认证数据110、经认证数据112及控制数据114。为达飞行目的，主控端100用于接受飞行控制器的操控，其可通过第一收发器104以无线连接飞行控制器。此外，主控端100还可与电源供应单元连接，如蓄电池，作为提供电力来源使用，此为本领域具有通常知识者常见的技术，故不在此赘述。主控端100可包含中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、微处理器(microprocessor)、网络处理器(NP:Network Processor)、微控制器、或为具有专用功能的半导体集成电路(Integrated Circuit(IC))，以执行上述模块的功能。
第一加解密模块106与数据库108电连接，第一收发器104与第一加解密模块106连接。电子调速器102包含第二收发器116、第二加解密模块118、第二数据库120及驱动模块124。第二收发器116可与第一收发器104以有线或无线方式连接以进行数据传输。再者，第二加解密模块118与第二收发器116连接，第二数据库120用于存储经解密的认证数据122，驱动模块124连接并控制电机126。
第一收发器104及第二收发器116可以为全球互通微波存取(WorldwideInteroperability for Microwave Access,WiMAX)模块、Wi-Fi模块、蓝牙模块、2G/3G/4G或LTE模块、GSP模块或其他模块，以用于提供遵循相应协议的相应通信服务。其中，Wi-Fi模块能够与遵循Wi-Fi或802.11系列相关协议的另一同等Wi-Fi通信装置(例如一存取点、一基地台或其他)通信，蓝牙模块能够提供无线通信服务，并且能够与遵循蓝牙或802.15系列相关协议的另一同等蓝牙通信装置(例如，移动电话、蓝牙耳机或其他)通信。且第一数据库108及第二数据库120可包含如快闪存储器等的半导体存储装置、硬盘(Hard Disk Drive,HDD)或固态驱动(SSD,Solid State Drive)等的辅助存储装置或为DVD(DigitalVersatile Disk)等的可删除磁盘或SD存储卡(Secure Digital memory card)等的存储媒体等。
为了防止非法改装载重更重的电子调速器，需要对无人飞行器主控端100以及电子调速器102之间进一步设计认证及数据加密机制，具体而言，当主控端100与电子调速器102连接，并启动主控端100的电源，此时本系统进入认证阶段，其中，第一加解密模块106将第一数据库108中的认证数据110进行加密，并通过第一收发器104传输至第二收发器116。较佳的，认证数据110可为无人飞行器出厂时的独特ID，此时，第二加解密模块118将所接收的认证数据110进行解密，并存储至第二数据库120。需要说明的是，第一加解密模块106及第二加解密模块118的加解密算法可使用磁盘加密算法，可支持CBC、LRW、XEX、XTS、CMC及EME或ESSIV等加密算法，搭配128bits或256bits金钥对进行数据的加解密。
续言之，第二加解密模块118将认证数据122再次进行加密，并通过第二收发器116传输至第一收发器104，第一加解密模块106将所接收的认证数据122进行解密，并比对是否与第一数据库108的经认证数据112相同，若是，则系统进入控制阶段，主控端100可接收控制飞行器的控制，以产生控制数据114并存储至第一数据库108中。为了控制电机126，第一加解密模块106将控制数据114加密，并通过第一收发器104将加密的控制数据114传输至第二收发器116，第二加解密模块118将所接收的控制数据114解密，驱动模块124进一步根据经解密的控制信号114控制电机126的转速。如此，若在认证阶段中，第一加解密模块106将所接收的认证数据122进行解密，比对认证数据122与第一数据库108的经认证数据112不同，代表此电子调速器102并非经过认证的电子调速器，则主控端100无法通过电子调速器102控制电机126，可达到防止改装无人飞行器的电子调速器的功效。
此外，在另一控制阶段中，主控端100可同时将认证数据110及控制数据114通过该第一加解密模块106加密，再通过第一收发器104传输至第二收发器116，经第二加解密模块118解密后，判断经解密的认证数据是否与第二数据库120先前存储的认证数据122相同，若是，则驱动模块124根据经解密的控制信号控制电机126的转速，若否，则忽略控制信号。如此，可防止有心人在电子调速器102认证成功后，才更换没有认证过的电子调速器，发送给电子调速器的控制数据114也会经过加密，如果电子调速器无法正确的解密，更换过后的电子调速器将无法正常工作，以防止有心人通过更换电子调速器，改装成载重更重，飞行距离更远的无人飞机。
需要说明的是，第一数据库108所存储的经认证数据112可预先利用第一加解密模块106加密，再利用第二加解密模块118解密后再次加密，再通过第一加解密模块106解密后所产生。因此，当主控端100与电子调速器102连接时，在第一加解密模块106解密的认证数据需要与第一数据库108的经认证数据112相同，以证实电子调速器102为经过认证的。
图2为本发明的无人飞行器的电子调速器验证系统的实施例的方块图。如图所示，无人飞行器的电子调速器验证系统2包含主控端200及至少一电子调速器202。主控端200包含第一数据库208、第一加解密模块206及第一收发器204。第一数据库208存储有认证数据210、经认证数据212及控制数据214。电子调速器202包含第二收发器216、第二加解密模块218、第二数据库220及驱动模块224。上述各元件的配置均与第一实施例的无人飞行器的电子调速器验证系统1相同，故省略重复描述。不同之处在于，主控端200可进一步包含随机数产生器228，用于产生认证数据210，且经认证数据212为根据经随机数产生器228产生的认证数据210所产生。此外，当第一加解密模块206对认证数据210进行加密时，可先将认证数据210与主控ID串接后，以ESC公钥进行加密。随后第二加解密模块218可将所接收的认证数据以ESC私钥进行解密，而获得认证数据222。
上述控制数据114及214可为PWM信号，第一加解密模块206可以ESC公钥将此PWM信号进行加密，以避免在电子调速器102认证成功后，才更换没有认证过的电子调速器，发送给电子调速器的控制数据214也会经过加密，如果电子调速器无法正确的解密，更换过后的电子调速器将无法正常工作。
为了使本发明的电子调速器102及202实质上可适用于坊间的主控端，电子调速器进一步配置为具有双模功能。具体而言，若电子调速器102、202的第二加解密模块118及218判断所接收的控制数据未经加密，亦即，采用传统的主控端，驱动模块114及224可直接根据所接收的控制数据控制电机126及226的转速。如此，利用本发明的无人飞行器的电子调速器验证系统所提供双模的功能，电子调速器可接收未加密的控制数据，亦可接收加密过的控制数据，可进一步提升具有认证功能的电子调速器的扩展性。
请参考图3，其为本发明的无人飞行器的电子调速器验证系统应用于无人飞行器的示意图。如图所示，无人飞行器3的四个电机306通过电线304分别连接至多个电子调速器302，而各电子调速器302通过数据线连接至主控端300。其中，主控端300及多个电子调速器302的架构如前述实施例所述，故省略重复描述。利用前述无人飞行器的电子调速器验证系统所提供的认证机制，当使用者欲更换电子调速器302时，必须经过认证，否则无法更换。然而，当使用者欲使用本发明的电子调速器302于一般的主控端时，由于本发明的电子调速器具有双重模式，当加解密模块侦测到所接收的控制信号为未加密的一般控制信号，驱动模块可直接根据控制信号驱动电机306，因此亦可使不具认证机制的主控端可采用本发明提供的电子调速器302。
以下将参考附图，说明本发明的无人飞行器的电子调速器验证方法，其适用于前述实施例所述的无人飞行器的电子调速器验证系统。如图4所示，其为本发明的无人飞行器的电子调速器验证方法的实施例的流程图。方法包含下列步骤：
步骤S401：将主控端与至少一电子调速器连接并启动主控端，在无人飞行器上电时，主控端会对电子调速器进行认证。
步骤S402：进入认证阶段，利用第一加解密模块将第一数据库中的认证数据进行加密，并通过第一收发器将加密后的认证数据传输至第二收发器，其中，认证数据112可为无人飞行器出厂时的独特ID。
步骤S403：利用第二加解密模块将所接收的认证数据进行解密存储至第二数据库，并利用第二加解密模块将认证数据再次进行加密，第一加解密模块及第二加解密模块的加解密算法可采用前述实施例中描述的加密算法，故省略重复叙述。
步骤S404：通过第二收发器将认证数据传输至第一收发器，并利用第一加解密模块将所接收的认证数据进行解密；
步骤S405：比对所接收的认证数据是否与第一数据库的经认证数据相同，若是，则进入步骤S406，系统进入控制阶段，利用第一加解密模块将控制数据加密，并进入步骤S407，若否，则系统经过一段时间回到步骤S402，重新利用第一加解密模块将第一数据库中的认证数据进行加密，并通过第一收发器将加密后的认证数据再次传输至第二收发器。
步骤S407：利用第一收发器将加密的控制数据传输至第二收发器，利用第二加解密模块将所接收的控制数据解密，最后利用驱动模块根据经解密的控制信号控制电机的转速。
请参考图5A至图5B，其为本发明的无人飞行器的电子调速器验证方法的另一实施例的流程图。如图所示，本发明的无人飞行器的电子调速器验证方法的另一实施例亦可适用于前述的系统，其包含预认证阶段、认证阶段及控制阶段，首先如图5A所示，预认证阶段包含下列步骤：
步骤S501：利用随机数产生器产生随机的认证数据；
步骤S502：利用第一加解密模块以ESC公钥，将认证数据与主控ID串接后进行加密；
步骤S503：第一收发器将加密后的数据传输至第二收发器；
步骤S504：利用第一加解密模块以ESC私钥将所接收的加密数据解密，获得另一认证数据；
步骤S505，利用第一加解密模块以ESC私钥将所产生的另一认证数据加密，并通过第一收发器传输至第二收发器；
步骤S506，利用第二加解密模块以ESC公钥将所接收的加密数据解密，获得经认证数据，并存储至第一数据库。
现将转至图5B，对认证阶段及控制阶段进行说明，其包含下列步骤：
步骤S507，系统进入认证阶段，且如同前述步骤S401至步骤S405，故省略重复描述。
步骤S508，进入控制阶段，利用第一加解密模块同时将认证数据及控制数据加密，并通过第一收发器传输至第二收发器。
步骤S509，第二加解密模块判断所接收的数据是否为经加密的数据，若是，则进入步骤S510，利用第二加解密模块将所接收的数据解密，并进入步骤S511，若否，即判断为一般控制信号，进入步骤S512，驱动模块根据控制信号控制电机转速；
步骤S511，判断所解密的认证数据是否与第二数据库的认证数据相同，若是，则进入步骤S512，驱动模块根据控制信号控制电机转速，若否，则进入步骤S513，忽略控制信号。
综上所述，依本发明的无人飞行器的驾驶身分认证系统及方法，能防止有心人在电子调速器认证成功后，才更换没有认证过的电子调速器，发送给电子调速器的控制数据也会经过加密，如果电子调速器无法正确的解密，更换过后的电子调速器将无法正常工作，防止有心人通过更换电子调速器，改装成载重更重，飞行距离更远的无人飞机。此外，此无人飞行器的电子调速器验证系统及方法具有双模的功能，可以接收没有加密过的控制数据，也可以接收加密过的控制数据，可以提升具有认证功能的电子调速器的扩展性。
当本发明的实施例参考其例示性实施例被特别显示及描述时，其可为所属技术领域具有通常知识者理解的是，在不脱离由以下申请专利范围及其等效物所定义的本发明的精神及范畴内，可对其进行形式及细节上的各种变更。

Claims (10)

1.一种无人飞行器的电子调速器验证系统，其特征在于，该系统包含：
一主控端，其包含：
一第一数据库，其存储有认证数据、经认证数据及控制数据；
一第一加解密模块，与该第一数据库电连接；及
一第一收发器，与该第一加解密模块连接；以及
至少一电子调速器，其包含：
一第二收发器，配置以与该第一收发器进行数据传输；
一第二加解密模块，与该第二收发器连接；
一第二数据库，用于存储经解密的认证数据；及
一驱动模块，连接并控制一电机，
其中，当该主控端与该至少一电子调速器连接并启动该主控端，进入一认证阶段，该第一加解密模块将该第一数据库中的该认证数据进行加密，并通过该第一收发器传输至该第二收发器，该第二加解密模块将所接收的认证数据进行解密，并存储至该第二数据库，该第二加解密模块将该认证数据再次进行加密，并通过该第二收发器传输至该第一收发器，该第一加解密模块将所接收的该认证数据进行解密，并比对是否与该第一数据库的该经认证数据相同，若是，则该主控端进入一控制阶段，该第一加解密模块将一控制数据加密，且该第一收发器将加密的该控制数据传输至该第二收发器，该第二加解密模块将所接收的该控制数据解密，该驱动模块根据经解密的该控制信号控制该电机的转速。
2.如权利要求1所述的无人飞行器的电子调速器验证系统，其特征在于，在该控制阶段中，该主控端经配置进一步将该认证数据及该控制数据通过该第一加解密模块加密，再通过该第一收发器传输至该第二收发器，经该第二加解密模块解密后，判断经解密的认证数据是否与该第二数据库先前存储的认证数据相同，若是，则该驱动模块根据经解密的该控制信号控制该电机的转速，若否，则该驱动模块忽略该控制信号。
3.如权利要求1所述的无人飞行器的电子调速器验证系统，其特征在于，若该第二加解密模块判断所接收的该控制数据未经加密，该驱动模块直接根据所接收的该控制数据控制该电机的转速。
4.如权利要求1所述的无人飞行器的电子调速器验证系统，其特征在于，该第一数据库所存储的该经认证数据为预先利用该第一加解密模块加密，再利用该第二加解密模块解密后再加密，再通过该第一加解密模块解密后所产生。
5.如权利要求4所述的无人飞行器的电子调速器验证系统，其特征在于，该主控端进一步包含一随机数产生器，用于产生该认证数据，且该经认证数据为根据经该随机数产生器产生的该认证数据所产生。
6.一种无人飞行器的电子调速器验证方法，其适用于如权利要求1所述的无人飞行器的电子调速器验证系统，其特征在于，该电子调速器验证方法包含下列步骤：
将该主控端与该至少一电子调速器连接并启动该主控端；
进入一认证阶段，利用该第一加解密模块将该第一数据库中的该认证数据进行加密；
通过该第一收发器将加密后的该认证数据传输至该第二收发器；
利用该第二加解密模块将所接收的该认证数据进行解密存储至该第二数据库；
利用该第二加解密模块将认证数据再次进行加密；
通过该第二收发器将认证数据传输至该第一收发器；
利用该第一加解密模块将所接收的认证数据进行解密；
比对所接收的认证数据是否与该第一数据库的经认证数据相同，若是，则该主控端进入该控制阶段，利用该第一加解密模块将该控制数据加密，并利用该第一收发器将加密的该控制数据传输至该第二收发器；
利用该第二加解密模块将所接收的控制数据解密；以及
利用该驱动模块根据经解密的控制信号控制该电机的转速。
7.如权利要求6所述的无人飞行器的电子调速器验证方法，其特征在于，在该控制阶段中进一步包含下列步骤：
利用该加解密模块同时将认证数据及控制数据进行加密；
通过该第一收发器将认证数据及控制数据传输至该第二收发器；
利用该第二加解密模块将所接收的认证数据及控制数据解密；
利用该第二加解密模块判断经解密的认证数据是否与该第二数据库先前存储的认证数据相同，若是，则利用该驱动模块根据经解密的控制信号控制该电机的转速，若否，则忽略控制信号。
8.如权利要求6所述的无人飞行器的电子调速器验证方法，其特征在于，若该第二加解密模块判断所接收的控制数据未经加密，则利用该驱动模块直接根据所接收的控制数据控制该电机的转速。
9.如权利要求6所述的无人飞行器的电子调速器验证方法，其特征在于，在该认证阶段前，该第一数据库所存储的经认证数据为预先利用该第一加解密模块加密，再利用该第二加解密模块解密后再加密，再通过该第一加解密模块解密后所产生。
10.如权利要求9所述的无人飞行器的电子调速器验证方法，其特征在于，该主控端进一步包含一随机数产生器，用于产生认证数据，且经认证数据为根据经该随机数产生器产生的认证数据所产生。
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