CN110489989A - 数据加密/解密方法、其加密/解密芯片及其无人机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种数据加密/解密方法，其加密/解密芯片及其无人机。其中，所述数据加密方法包括：对接收到的原始数据进行预处理；基于正交矩阵，对预处理后的所述原始数据进行加密计算；输出所述加密计算后获得的加密数据。该加密和解密方法都基于正交矩阵的方式来完成。其具有实现简单、运算量小和时延低的特点。而且，通过对数据的预处理，可以一次对多个数据同时进行加密，实时处理庞大数据的加密和解密，与无人机等移动载具的数据应用场景要求可以很好的契合。

Description

数据加密/解密方法、其加密/解密芯片及其无人机

【技术领域】

本发明涉及数据安全技术领域，尤其涉及一种数据加密/解密方法、其加密/解密芯片及其无人机。

【背景技术】

伴随着电子信息和通信技术的不断发展，现今社会开始逐步迈进一个依赖于数据交互的数据时代。在数据时代，用于提升数据安全与私密性的数据加密技术是一项非常关键并且受到重视的技术。在技术人员的不断努力下，提供了许多具有极高安全性的数据加密方式，应用于金融等不同的领域，很好的满足了数据传输过程中的保密要求。

除了金融交易等特定领域外，在人们日常生活中所使用的移动载具(如无人机、机器人或者自动驾驶汽车等)同样也会涉及到比较庞大的数据量，也存在保护数据安全的需求。

这些智能设备或者智能体所产生的数据大部分都是自身的状态数据或者传感器数据等。其在传输过程中对于实时性要求很高，只能接收低延迟。但与之相反的是，现有的数据加密方式为了保证足够的安全性，通常采用较为复杂的算法，加密和解密所需要的时间较多而难以保证足够的低延迟。

因此，现有的加密/解密机制难以直接移植或者应用到无人机、机器人、自动驾驶汽车等智能设备中，无法为这些智能设备提供足够或者良好的数据安全保护，迫切需要提供一种能够与使用场景相契合的数据加密/解密机制，以更好的满足智能设备对于数据加密的需求。

【发明内容】

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种具有低运算量，延迟时间短的数据加密/解密方法、其加密/解密芯片及其无人机。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：一种数据加密方法，应用于移动载具。其中，所述数据加密方法包括：对接收到的原始数据进行预处理；基于正交矩阵，对预处理后的所述原始数据进行加密计算；输出所述加密计算后获得的加密数据。

可选地，所述对接收到的原始数据进行预处理，具体包括：转化所述接收到的原始数据；将所述转化后的原始数据变形为设定大小的矩阵。

可选地，所述转化所述接收到的原始数据，具体包括：选定n²个原始数据，n为正整数；将所述n²个原始数据转化为单精度浮点型数据或者双精度浮点型数据，以列向量的形式表示。

可选地，所述转化后的原始数据以列向量的形式表示；则，所述将所述转化后的原始数据变形为设定大小的矩阵，具体包括：将所述转化后的原始数据变形为n×n维的矩阵。

可选地，所述方法还包括：将所述加密数据变形为与所述转化后的原始数据相同的表示形式。

可选地，所述基于正交矩阵，对预处理后的所述原始数据进行加密计算，具体包括：确定正交矩阵和迭代加密次数；应用所述正交矩阵，对所述原始数据的矩阵迭代计算m次，m为所述迭代加密次数；输出所述迭代计算m次后，获得的加密数据。

可选地，所述应用所述加密矩阵，对所述原始数据的矩阵迭代计算m次，具体包括：

在第i次迭代计算时，按照如下算式进行加密计算：

A_i＝PA_i-1P^T

其中，i为1至m之间的正整数，P为正交矩阵，P^T为所述正交矩阵的转置矩阵；当i＝1时，A₀为所述原始数据，当i＝m时，A_m为所述加密数据。

可选地，所述原始数据为按照时间序列依次排列的时序数据；则，所述方法还包括：根据所述原始数据的采样周期，在对应的时间执行对所述时序数据执行所述数据加密方法，获得对应的加密数据。

为解决上述技术问题，本发明另一实施例提供以下技术方案：一种数据解密方法，应用于移动载具。所述数据解密方法包括：

获取加密数据以及加密时使用的正交矩阵；基于所述正交矩阵，对所述加密数据进行解密计算；输出所述解密计算后获得的解密数据。

可选地，所述加密数据为一列中包含n²个元素的列向量；在对所述加密数据进行解密计算前，所述方法还包括：将所述加密数据变形为n×n维的矩阵。

可选地，所述方法还包括：将所述解密数据变形为一列中包含n²个元素的列向量。

可选地，所述基于所述正交矩阵，对所述加密数据进行解密计算，具体包括：

确定加密时使用的迭代加密次数；应用所述正交矩阵，对所述加密数据迭代计算m次，m为所述迭代加密次数；输出所述迭代计算m次后，获得的解密数据。

可选地，所述应用所述正交矩阵，对所述解密数据的矩阵迭代计算m次，具体包括：

按照如下算式，迭代计算m次：

B_i-1＝P^TB_iP

其中，i为m至1之间的正整数，P为加密矩阵，P^T为所述加密矩阵的转置矩阵；当i＝m时，B_m为所述加密数据，当i＝1时，B₀为所述解密数据。

为解决上述技术问题，本发明另一实施例提供以下技术方案：一种数据加密芯片。其中，所述数据加密芯片包括处理器以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可执行计算机软件程序指令以使所述计算机软件程序指令被所述处理器调用时，执行如上所述的数据解密方法。

为解决上述技术问题，本发明另一实施例提供以下技术方案：一种数据解密芯片。其中，所述数据解密芯片包括处理器以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可执行计算机软件程序指令以使所述计算机软件程序指令被所述处理器调用时，执行如上所述的数据解密方法。

为解决上述技术问题，本发明又一实施例提供以下技术方案：一种无人机。该无人机包括：

机身主体、设置在所述机身主体上的一个或者多个传感器、通信设备以及飞行控制器；

所述传感器以设定的采样周期，采集获得原始数据；所述通信设备用于建立无人机与外部设备之间的通信连接；

所述传感器以设定的采样周期，采集获得原始数据；所述通信设备用于建立无人机与外部设备之间的通信连接；

所述飞行控制器与所述传感器连接，接收所述原始数据并执行如上所述的数据加密方法，对所述原始数据进行加密；

所述飞行控制器海域所述通信设备连接，通过所述通信设备接收来自外部设备的加密数据，并执行如上所述的数据解密方法，对所述加密数据进行解密。

可选地，所述数据加密方法所使用的加密矩阵以及所述数据解密方法所使用的解密矩阵通过所述通信设备从外部设备获取。

与现有技术相比较，本发明实施例提供的数据加密和解密方法，基于正交矩阵的方式来完成。其具有实现简单、运算量小和时延低的特点。而且，通过对数据的预处理，可以一次对多个数据同时进行加密，实时处理庞大数据的加密和解密，与无人机等移动载具的数据应用场景要求可以很好的契合。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明实施例提供的应用环境示意图；

图2为本发明实施例提供的数据加密芯片的结构框图；

图3为本发明实施例提供的数据加密方法的方法流程图；

图4为本发明实施例提供的基于正交矩阵的加密计算的方法流程图；

图5为本发明实施例提供的数据解密方法的方法流程图；

图6为本发明另一实施例提供的数据解密方法的方法流程图；

图7为本发明实施例提供的无人机的结构框图；

图8为图7所示的无人机对时序数据的加密过程示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

数据加密和解密是一个互逆的过程。在数据加密时，原始数据将通过特别设计的运算或者计算方式，输出对应计算结果作为加密数据进行传递。而在数据解密时，则对加密数据进行逆运算以获得原始数据。这样的，在未知原始数据的计算或者运算方式时，即使加密数据被截获与很难恢复为原始数据，从而起到数据安全保护的作用。

图1为本发明实施例提供的数据加密/解密方法的应用环境。如图1所示，所述应用环境包括移动载具、设于所述移动载具的控制器20、载具配件30、用户40以及无线网络50。

其中，移动载具可以是以任何类型的由动力驱动的装载平台，包括但不限于四轴无人机、固定翼飞行器以及直升机模型等。该移动载具可以根据实际情况的需要，具备相应的体积或者动力，从而提供能够满足使用需要的载重能力、速度以及续航里程等。

在图1中以无人机10为例进行陈述，所述无人机10可以包括机身、与机身相连的机臂和设于机臂的动力装置。机臂可以与机身固定连接、一体成型或可相对于所述机身折叠。动力装置包括电机和与电机相连的螺旋桨，电机的电机轴转动带动螺旋桨旋转以提供无人机飞行所需的拉升力。

飞行控制器20是设置在该无人机10中的控制核心，用于接收来自移动载具上的一种或者多种传感器采集获得的数据，执行一个或者多个逻辑判断步骤，完成对环境的感知和判断操作等步骤以确保移动载具具有足够的智能化程度。

根据实际情况的不同需要，飞行控制器20可以包括多个功能单元，如用于控制无人机飞行姿态的飞行控制单元、用于实现执行加密/解密算法的数据加密/解密单元、用于跟踪特定目标的跟踪单元、用于导航飞行器的导航单元(例如GPS(Global PositioningSystem)、北斗)、以及用于处理相关机载设备(如加速度计)所获取的环境信息的数据处理单元等。

在一些实施例中，上述的功能单元可以整合到飞行控制器20中，作为飞行控制器20的其中一个功能模块而使用。而在另一些实施例中，其中的一个或者多个功能单元还可以独立于所述飞行控制器20的主体部分，作为分立的电路结构(如芯片)设置。这样分立设置的芯片或者功能单元具有更大的灵活性并且便于移植到不同的设备中，提供和增添新的功能。

图2为本发明实施例提供的数据加密芯片的结构框图。应当说明的是，应用于数据解密的数据解密芯片也可以采用相同的结构，或者在需要同时具有加密功能和解密功能时，图2所示的结构框图也可以同时作为数据加密芯片或数据解密芯片使用。

为陈述简便，在此仅以数据加密芯片为例进行陈述。如图2所示，该数据加密芯片可以包括：处理器21以及存储器22。所述处理器21和存储器22之间通过总线的方式，建立任意两者之间的通信连接。

处理器21为任何类型的单线程或者多线程的，具有一个或者多个处理核心的处理器，作为逻辑处理和运算的核心，用于获取数据、执行逻辑运算功能以及下发运算处理结果。

存储器22为非易失性计算机可读存储介质，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、相对于处理器21远程设置的分布式存储设备或者其他非易失性存储器件。

存储器22至少包括一个程序存储区，用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，供处理器21调用以使处理器21执行一个或者多个方法步骤，完成本发明实施例所揭露的数据加密方法/数据解密方法。存储器22还可以具有数据存储区，用以存储处理器21下发输出的运算处理结果。

应当说明的是，当移动载具为无人机时，上述的数据加密芯片和/或数据解密芯片为无人机的飞行控制器。存储器中还可以进一步的存储有其他相关的计算机可执行程序指令，以使飞行控制器还可以执行除数据加密和解密以外的功能。

在一些实施例中，为了便于实现数据传输和交互，无人机10上还可以设置有通信设备。该通信设备可以采用任何合适类型的通信协议，用以构建相应的数据传输通路，实现无人机10与外部设备之间的通信连接。

无线网络50可以是用于建立两个节点之间的数据传输信道的无线通信网络，例如位于不同信号频段的蓝牙网络、WiFi网络或无线射频网络。移动载具10可以通过通信设备加入到无线网络50中，通过无线网络50实现与其它外部设备之间的通信连接。

外部设备是任何类型的，与移动载具10连接，为移动载具提供相应功能接口的设备。例如，为移动载具提供额外功能的载具配件30(如拍摄云台或者配套使用的VR显示器等)、移动载具的遥控设备或者云端服务器。

在一些实施例中，当移动载具具备数据加密功能时，还可以利用该数据加密功能实现对载具配件30的认证，以保证载具配件30的安全和使用质量。例如，可以在原装的载具配件30上内嵌有加密后的设备认证码。当载具配件与移动载具建立连接以后，发送该认证字符串给移动载具，移动载具对加密后的认证字符串进行解密并验证该设备认证码，从而确认载具配件是否为经过厂商认证的辅助配件。

用户40是使用移动载具10或者外部设备的一个或者多个操作者。其使用移动载具10来实现诸如地图测绘等的任务。例如，用户可以控制无人机10的航向角(或云台的转角)以及无人机的位置(如控制无人机前进或者后退)来拍摄一系列的图像信息，并且传输到电脑或者云平台中存储。

在图1所示的应用环境中，仅以常用的移动载具为例进行描述。本领域技术人员还可以将无人机10替换为任何类型的移动载具(例如自动驾驶汽车)，通过数据加密/解密芯片提供为飞行控制器20采集获得数据提供足够的保护。

该数据加密芯片可以通过执行本发明实施例提供的数据加密方法来降低加密运算的运算量和实现难度，实现大数据量加密时的低延迟。图3为本发明实施例提供的数据加密方法。如图3所示，该数据加密方法包括：

301、对接收到的原始数据进行预处理。

该原始数据是指未经加密处理的，由控制器20接收或者计算获得的任何类型的数据信息。例如，移动载具的传感器采集获得的移动速度、输出功率或者电池电量等。

来自于不同来源的原始数据可能具有不同的数据格式或者传输方式，为了便于后续的加密计算，需要对这些原始数据进行合适的调整或者打包为矩阵进行处理。在此，使用“预处理”这样的术语表示对原始数据进行加密计算前的一个或者多个转换等运算过程。

在一些实施例中，所述预处理的步骤可以包括：首先对所接收到的原始数据进行转化，得到合适类型的数据结构。

然后根据实验的需要，将转化后的原始数据进行数据变形，调整为设定大小的矩阵以便于后续的矩阵运算。

其中，数据变形(reshape)是一个调整矩阵的行数、列数以及维数的处理过程，可以将原始的矩阵变形为具有目标大小的矩阵。例如，可以将一个6ⅹ1的矩阵调整为2ⅹ3的矩阵。

在实际的数据加密过程中，首先可以选定每次加密所需要的n²个原始数据。然后，将述n²个原始数据转化为单精度浮点型数据或者双精度浮点型数据，以列向量(即矩阵由一个含有n²个元素的列所组成)的形式表示。最后，通过数据变形的方式，调整变形为n×n维的矩阵。

其中，单精度(float)和双精度浮点型(double)是两种用于表示数据的数据类型。技术人员可以根据实际情况的需要而选择使用相应的数据类型。

302、基于正交矩阵，对预处理后的所述原始数据进行加密计算。

“加密计算”是指对原始数据进行的一个或者多个运算步骤的计算过程，通常也可以被称为“加密算法”。技术人员具体可以根据实际情况需要而采用相应的计算方式(如快速迭代计算)，并将加密算法对应的计算机程序指令存储在存储器内。

在本发明实施例中，该加密计算的过程以一个选定的正交矩阵为基础，通过对其的一次或者多次变换或者叠加等来构建合适的加密算法。亦即令选定的正交矩阵发挥与加密密钥相类似的作用。

正交矩阵是一种具有特殊性质的矩阵。正交矩阵与其转置矩阵相乘后的值为单位矩阵，有利于加快完成迭代计算的过程。

303、输出所述加密计算后获得的加密数据。

将加密计算的全部过程视作一个函数看待时，该函数的输出变量即为对应的加密数据。这些加密数据被计算确定后，可以进一步的被提供到其它不同的设备，例如通过通信模块传输到用户的智能手机中以进行后续的操作。

在本实施例中，经过加密计算后获得的加密数据可以提供足够的安全性，即使在数据传输过程中被截获或者监控，原始数据的内容也不会泄露。而且，基于正交矩阵而构建的数据加密方法具有实现简单和计算量小的特点，可以在提供合适的数据安全性的同时，满足大数据量处理和低延迟的要求，从而非常适合在移动载具中使用。

在一些实施例中，加密计算可以通过多次迭代计算的方式来完成。图4为本发明实施例提供的加密计算的方法流程图。如图4所示，所述加密计算的方法包括：

401、确定正交矩阵和迭代加密次数。

具体使用的正交矩阵和迭代加密次数可以根据实际情况而确定或者选择。其可以来自于移动载具自身的存储器，也可以由外部设备提供。例如，外部设备可以随机生成一个合适大小的正交矩阵，提供给加密芯片使用。

迭代加密次数是一个常数。通过调整该次数的大小可以改变加密的计算量与安全性之间的平衡。通常的，更多的迭代加密次数意味着更高的安全性。而更少的迭代加密次数可以降低每次加密和解密计算所需要的运算量。

402、进行初始化设置。

该初始化设置用于提供第一次迭代计算所需要的数据信息。其包括：以矩阵形式表示的原始数据和正交矩阵以及将当前的迭代计算次数设置为1。

403、应用算式(1)进行计算，更新矩阵A。

A_i＝PA_i-1P^T (1)

其中，i为1至m之间的正整数，P为正交矩阵，P^T为所述正交矩阵的转置矩阵，A_i为更新后的矩阵A。

404、判断迭代计算次数是否等于迭代加密次数。若否，返回步骤403并且令所述迭代计算次数加1；若是，执行步骤405。

405、输出m次迭代计算后的加密数据A_m。

其中，m为所述迭代加密次数。最终获得加密数据A_m是一个与输入的原始数据A₀维度相同的矩阵。

为了便于后续数据的处理和传输，在较佳的实施例中，还可以对输出的加密数据进行数据变形，变形为与所述转化后的原始数据相同的表示形式(即列向量)从而保持数据加密芯片的输出和输出格式的一致性。

本发明实施例提供的加密计算方法以正交矩阵为基础，通过多次迭代进行的矩阵乘法来获得加密数据，可以有效的简化所需要的数据运算量，便于在硬件电路中实现并且具有低延迟的特点。

基于以上实施例揭露的数据加密方法，本发明实施例还提供了一种与配套使用的数据解密方法，用于对加密数据进行逆向运算而获得原始数据。图5为本发明实施例提供的数据解密方法的方法流程图。

如图5所示，所述数据解密方法包括如下步骤：

501、获取加密数据以及所使用的加密矩阵。其中，所述加密矩阵为正交矩阵。

该加密矩阵和加密数据可以来自相同的设备，也可以分别从不同的设备获取。例如，外部设备中可以内置有加密矩阵并接收来自于移动载具的加密数据。

具体的，与上述原始数据的加密过程相类似的，为了方便与正交矩阵之间的矩阵运算，以列向量形式表示的加密数据还可以被数据变形(reshape)为具有合适大小的矩阵。

520、基于所述加密矩阵，对所述加密数据进行解密计算。

“解密计算”是加密计算的逆过程，用以恢复获得原始数据。在已知加密矩阵的情况下，容易获得其逆向计算的过程。

503、输出所述解密计算后获得的解密数据。

完成解密计算后获得的解密数据即为原始数据，可以输出至其它的设备或者功能单元中，进行进一步的操作。

在一些实施例中，所述解密计算同样也是多次迭代计算的过程。图6为本发明实施例提供的解密计算的具体过程。如图6所示，完整的数据解密方法包括如下步骤：

601、将加密数据变形为n×n维的矩阵B。

输入的加密数据通常为列向量表示，通过数据变形的方式即可改变为n×n维的矩阵B。

602、初始化变量，令i＝m，B_m＝B。

603、按照算式(2)进行计算，更新矩阵B。

其中，所述算式(2)为算式(1)的逆运算过程，具体算式如下：

B_i-1＝P^TB_iP(2)

P为加密矩阵，P^T为所述加密矩阵的转置矩阵，B_i-1为更新后的矩阵B。

604、令i＝i-1。

605、判断i是否等于0，若是，执行步骤606。若否，返回步骤603，继续更新矩阵B。

606、获得更新后的矩阵B₀作为解密数据。

较佳的，为了保持数据格式的统一，便于解密数据后续的进一步使用，还可以对解密数据进行变形，获得以列向量形式表示解密数据。请继续参阅图6，在步骤606之后，所述方法还包括：

607、将矩阵B₀变形为列向量。该列向量由含有n²个元素的列所组成，与进行加密计算前的原始数据的格式相当。

本发明实施例提供了相互配合使用的数据加密方法和数据解密方法。其以正交矩阵为基础，通过合适的迭代次数计算后获得相应的加密数据或者解密数据，具有良好的实用性，计算量小并且易于实现。当然，根据实际情况的需要，该数据加密方法和数据解密方法既可以在相同的设备中执行，也可以在不同的设备上分别执行。

为充分说明本发明实施例提供的数据加密和解密方法在移动载具上的实际应用，以下以图7所示的移动载具执行图8所示的时序数据的加密过程为例，进行详细描述。

在本实施例中，该移动载具可以是任何类型的，可以检测环境信息变化并根据控制指令或者内置的逻辑控制程序等作出合适反应的设备，例如无人机、遥控汽车或者智能汽车等。

如图7所示，该移动载具可以是无人机，包括：用于执行包括数据加密等一种或者多种数据处理方法的飞行控制器71(如微控制器、单片机)、用于以设定的采样周期，采集多个具有时间次序的原始数据的传感器72(如速度传感器、摄像机)以及用于与外部设备建立通信信道，接收并发送数据信息的通信设备73(如WiFi模块，射频通信模块)。

对于传感器72采集获得的一系列时序数据进行加密/解密计算时，由于这些数据是具有时序的，会随着时间而不断变化。因此，在本发明实施例中简称为“时序数据”。完整的时序数据加密过程实际上是在特定的时间点不断重复进行数据加密的过程。

在准备阶段，需要首先对最大加密时间和采样周期进行设置。所述最大加密时间是指需要进行加密的时序数据的时间长度。其根据数据采集或者传输的实际情况而进行设置，例如设置为10min或者30min。采样周期是数据采样装置的参数。

如图8所示，在最大加密时间和采样周期等参数设置完毕以后，执行时序数据的加密过程具体如下：

801、令时间变量置零(即t＝0)。

802、选定n²个原始数据。

该原始数据可以是按照设定的采样周期，采集获得的速度信息、电池电量信息、电机输出功率等数据。根据采样时间的先后，这些原始数据会被排列形成一个时间序列，技术人员具体可以根据自身的实际需要而选定合适数量的原始数据，作为列向量中的元素。

n是一个经验性数值，可以由技术人员根据实际情况，例如运算芯片可以接受的计算容量等而设置。

803、将所述原始数据转化为单精度浮点型或者双精度浮点型。

单精度浮点型和双精度浮点型都是表示数据信息的类型。其中，单精度浮点型一般仅占用4字节，而双精度浮点型需占用8字节。但双精度浮点型的表示范围更大。当然，还可以选择使用其它合适类型的数据格式而不限于本发明实施例所揭露的格式。

804、对原始数据进行数据变形，形成nⅹn维的矩阵。

数据变形是对矩阵的行数和列数进行调整的过程，可以形成新的矩阵结构以适应后续的加密计算步骤。

805、确定加密矩阵和迭代加密次数。

该加密矩阵可以是随机生成的矩阵。其作用与加密钥匙相同，是进行加密计算的基础。迭代加密次数是指进行加密计算时的迭代次数。其作为一个经验性数值，可以根据实际情况设置。

在一些实施例中，该加密矩阵和迭代加密次数可以由飞行控制器生成。在另一些实施例中，该加密矩阵和迭代加密次数还可以是由外部设备生成后，通过所述通信装置而被所述飞行控制器获取。

806、判断所述加密矩阵是否为正交矩阵，若是，执行步骤807，若否，返回步骤805，重新选择加密矩阵。

807、令i＝1，A₀＝A。

808、通过算式(1)更新矩阵A，并且令i＝i+1。

809、判断i是否等于m，若是，执行步骤810，若否，返回执行步骤808，继续更新矩阵A。

810、确定更新后的矩阵A_m为加密数据。

811、将加密数据变形为列向量B并输出。

列向量B的输出可以由通信设备，通过无线或者有线通信方式完成。例如，加密后的图像信息可以通过WiFi的方式，输出至用户的个人电脑等外部设备。

在另一些实施例中，在外部设备接收到加密数据以后，可以应用本发明实施例提供的数据解密方法，将加密数据恢复为原始数据以获得相应的数据信息。

812、令t＝t+T。其中，T为采样周期。

813、判断t是否大于t_max，若是，结束数据加密过程，若否，返回步骤802，继续对下一采样周期采集的原始数据的数据加密操作。

综上所述，本发明实施例提供的数据加密方法，基于正交矩阵的特性来进行迭代加密计算，相对于传统的伪随机序列、密文、安全密钥等加密方式更加简单，具有实现简单和运算量小的特点。

由此，其具有较广的适用性，支持庞大数据的实时加密和解密，可以广泛并且便捷的移植应用在无人机、机器人、自动驾驶汽车等多种不同的移动载具上，实现对大量时序数据的加密。

通过数据变形，将多个原始数据组建为合适的矩阵的方式，使得该数据加密方法可以方便的对多个数据同时进行加密，数据处理的效率较高。

进一步地，本发明实施例还提供了配套使用的解密方法。其可以由相应的解密芯片执行，对加密数据进行解密从而获取对应的原始数据。

基于本发明实施例揭露的数据加密方法的发明思想和所能够取得的技术效果，本领域技术人员还可以将该数据加密方法应用于其它任何合适的应用场景，而不限于本发明实施例所揭露的时序数据的加密过程。例如，还可以将其应用于原装配套设备认证。为适用于不同应用场景而对本发明实施例提供的数据加密和解密方法作出的改变、调整或者替换均属于本领域技术的常规替换。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (17)

1.一种数据加密方法，应用于移动载具，其特征在于，包括：

对接收到的原始数据进行预处理；

基于正交矩阵，对预处理后的所述原始数据进行加密计算；

输出所述加密计算后获得的加密数据。

2.根据权利要求1所述的数据加密方法，其特征在于，所述对接收到的原始数据进行预处理，具体包括：

转化所述接收到的原始数据；

将所述转化后的原始数据变形为设定大小的矩阵。

3.根据权利要求2所述的数据加密方法，其特征在于，所述转化所述接收到的原始数据，具体包括：

选定n²个原始数据，n为正整数；

将所述n²个原始数据转化为单精度浮点型数据或者双精度浮点型数据。

4.根据权利要求2所述的数据加密方法，其特征在于，所述转化后的原始数据为一列中包含n²个元素的列向量；则，

所述将所述转化后的原始数据变形为设定大小的矩阵，具体包括：

将所述转化后的原始数据变形为n×n维的矩阵。

5.根据权利要求2所述的数据加密方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述加密数据变形为与所述转化后的原始数据的行数和列数相同的矩阵。

6.根据权利要求2所述的数据加密方法，其特征在于，所述基于正交矩阵，对预处理后的所述原始数据进行加密计算，具体包括：

确定正交矩阵和迭代加密次数；

应用所述正交矩阵，对所述原始数据迭代计算m次，m为所述迭代加密次数；

输出所述迭代计算m次后，获得的加密数据。

7.根据权利要求6所述的数据加密方法，其特征在于，所述应用所述正交矩阵，对所述原始数据的矩阵迭代计算m次，具体包括：

在第i次迭代计算时，按照如下算式进行加密计算：

A_i＝PA_i-1P^T

其中，i为1至m之间的正整数，P为正交矩阵，P^T为所述正交矩阵的转置矩阵；当i＝1时，A₀为所述原始数据，当i＝m时，A_m为所述加密数据。

8.根据权利要求1-7任一项所述的数据加密方法，其特征在于，所述原始数据为按照设定的采样周期依次采集获得的时序数据；则，

所述方法还包括：根据所述采样周期，在对应的时间执行对所述原始数据执行所述数据加密方法，获得对应的加密数据。

9.一种数据解密方法，应用于移动载具，其特征在于，包括：

获取加密数据以及加密时使用的正交矩阵；

基于所述正交矩阵，对所述加密数据进行解密计算；

输出所述解密计算后获得的解密数据。

10.根据权利要求9所述的数据解密方法，其特征在于，所述加密数据为一列中包含n²个元素的列向量；

在对所述加密数据进行解密计算前，所述方法还包括：将所述加密数据变形为n×n维的矩阵。

11.根据权利要求9所述的数据解密方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述解密数据变形为一列中包含n²个元素的列向量。

12.根据权利要求9所述的数据解密方法，其特征在于，所述基于所述正交矩阵，对所述加密数据进行解密计算，具体包括：

确定加密时使用的迭代加密次数；

应用所述正交矩阵，对所述加密数据迭代计算m次，m为所述迭代加密次数；

输出所述迭代计算m次后，获得的解密数据。

13.根据权利要求12所述的数据解密方法，其特征在于，所述应用所述正交矩阵，对所述解密数据的矩阵迭代计算m次，具体包括：

按照如下算式，迭代计算m次：

B_i-1＝P^TB_iP

其中，i为m至1之间的正整数，P为加密矩阵，P^T为所述加密矩阵的转置矩阵；当i＝m时，B_m为所述加密数据，当i＝1时，B₀为所述解密数据。

14.一种数据加密芯片，其特征在于，所述数据加密芯片包括处理器以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可执行计算机软件程序指令以使所述计算机软件程序指令被所述处理器调用时，执行如权利要求1-8任一项所述的数据解密方法。

15.一种数据解密芯片，其特征在于，所述数据解密芯片包括处理器以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可执行计算机软件程序指令以使所述计算机软件程序指令被所述处理器调用时，执行如权利要求9-13任一项所述的数据解密方法。

16.一种无人机，其特征在于，包括：机身主体、设置在所述机身主体上的一个或者多个传感器、通信设备以及飞行控制器；

所述传感器以设定的采样周期，采集获得原始数据；所述通信设备用于建立无人机与外部设备之间的通信连接；

所述飞行控制器与所述传感器连接，接收所述原始数据并执行如权利要求1-8任一项所述的数据加密方法，对所述原始数据进行加密；

所述飞行控制器海域所述通信设备连接，通过所述通信设备接收来自外部设备的加密数据，并执行如权利要求9-13任一项所述的数据解密方法，对所述加密数据进行解密。

17.根据权利要求16所述的无人机，其特征在于，所述数据加密方法所使用的加密矩阵以及所述数据解密方法所使用的解密矩阵通过所述通信设备从外部设备获取。