CN114501435A - 适用于无人机的通信链路加密系统及加密方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适用于无人机的通信链路加密系统及加密方法，包括：无人机端加密系统包括：用于向地面端设备加密系统发送数据并接收来自地面端设备加密系统的数据的无人机端数据传输模块；用于存储或变更密钥的无人机端密钥数据库模块；用于通过密钥对无人机端数据进行加密或解密的无人机端加密模块；地面端加密系统包括：用于向无人机端设备加密系统发送数据并接收来自无人机端设备加密系统的数据的地面端数据传输模块；用于生成、存储或变更密钥的地面端密钥管理模块；用于通过密钥对地面端数据进行加密或解密的地面端加密模块。本发明适用于无人机的通信链路加密系统链路简单，解密准确率高。

Description

适用于无人机的通信链路加密系统及加密方法

技术领域

本发明属于无人机通信控制技术领域，更具体地，涉及一种适用于无人机的通信链路加密系统及加密方法。

背景技术

在飞行试验时无人机需要随时与地面保持联系，受制于无人机设备的运行速率等的限制，常见的加密算法如高级加密算法(AES)由于加密耗时大而变得不适用；同时无人机端设备与地面端设备之间信息的安全性在通信中越来越重要，通信链路上不同的加密方法增加了信息的安全性，但相互独立而同时存在的多种加密方法会增加链路的复杂程度，加大解密过程出错的风险进而降低信息的可靠性。

因此，特别需要一种链路简单，解密准确率高的无人机通信链路加密方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种链路简单，解密准确率高的无人机通信链路加密方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于无人机的通信链路加密系统，包括：无人机端加密系统和地面设备端加密系统；

无人机端加密系统包括：无人机端数据传输模块，所述无人机端数据传输模块与所述地面端设备加密系统连接，所述无人机端数据传输模块用于向所述地面端设备加密系统发送数据并接收来自所述地面端设备加密系统的数据；无人机端密钥数据库模块，所述无人机端密钥数据库模块用于存储或变更密钥；无人机端加密模块，所述无人机端加密模块分别与所述无人机端数据传输模块和无人机端密钥数据库模块连接，所述无人机端加密模块用于通过密钥对无人机端数据进行加密或解密；

地面端加密系统包括：地面端数据传输模块，所述地面端数据传输模块与所述无人机端设备加密系统连接，所述地面端数据传输模块用于向所述无人机端设备加密系统发送数据并接收来自所述无人机端设备加密系统的数据；地面端密钥管理模块，所述地面端密钥管理模块用于生成、存储或变更密钥；地面端加密模块，所述地面端加密模块分别与所述地面端数据传输模块和密钥管理模块连接，所述地面端加密模块用于通过密钥对地面端数据进行加密或解密。

优选的，所述无人机端数据传输模块包括：无人机端明文收发单元，所述无人机端明文收发单元与无人机端其他设备连接，所述无人机端明文收发单元用于接收无人机端其他设备的待加密明文以及发送已解密明文至所述无人机端其他设备；无人机端密文收发单元，所述无人机端密文收发单元与所述地面端数据传输模块连接，所述无人机端密文收发单元用于接收来自所述地面端数据传输模块的待解密密文及发送无人机端待发送密文至地面端数据传输模块；无人机端密钥接收单元，所述无人机端密钥接收单元与无人机端密钥管理模块连接，所述无人机端密钥接收单元用于接收所述无人机端密钥管理模块发送的密钥；所述无人机端密钥数据库模块包括：无人机端密钥数据库，所述无人机端密钥数据库与所述无人机端密钥接收单元连接，用于存储密钥；无人机端密钥变更单元，无人机端密钥变更单元与所述无人机端密钥接收单元连接，所述无人机端密钥变更单元用于变更密钥并将变更后的密钥存储至所述无人机端密钥数据库；所述无人机端加密模块包括：无人机端数据加密单元，所述无人机端数据加密单元分别与所述无人机端明文收发单元和无人机端密文收发单元连接，所述无人机端数据加密单元用于将来自所述地面设备端加密系统的的密文解密，将来自无人机端其他设备的待加密数据加密；无人机端密钥加载单元，所述无人机端密钥加载单元与无人机端密钥数据库连接，所述无人机端密钥加载单元用于从所述无人机端密钥数据库加载新密钥。

优选的，所述地面端数据传输模块包括：地面端明文收发单元，所述地面端明文收发单元与地面端其他设备连接，所述地面端明文收发单元用于接收地面端其他设备的待加密明文以及发送已解密明文至所述地面端其他设备；地面端密文收发单元，所述地面端密文收发单元与所述无人机端数据传输模块连接，所述地面端密文收发单元用于接收来自所述无人机端数据传输模块的密文及发送地面端密文至无人机端数据传输模块；地面端密钥发送单元，所述地面端密钥发送单元与无人机端密钥数据库模块连接，所述地面端密钥接收单元用于传输所述密钥至无人机端密钥数据库模块；所述地面端密钥管理模块包括：地面端密钥数据库，所述地面端密钥数据库用于存储密钥；地面端密钥生成单元，所述地面端密钥生成单元用于生成密钥并将生成后的密钥存储至所述地面端密钥数据库；所述地面端加密模块包括：地面端数据加密单元，所述地面端数据加密单元分别与所述地面端明文收发单元和地面端密文收发单元连接，所述地面端数据加密单元用于将来自所述无人机端加密系统的密文解密，将来地面端其他设备的待加密数据加密；地面端密钥加密单元，所述地面端密钥加密单元与地面端密钥数据库连接，所述地面端密钥加密单元用于生成密钥并存储在地面端密钥数据库。

优选的，所述无人机端明文收发单元包括：无人机端待加密明文接收块，所述无人机端待加密明文接收块与无人机端其他设备连接，用于接收无人机端其他设备的待加密明文；无人机端已解密明文发送块，所述无人机端已解密明文发送块分别与无人机端其他设备和所述无人机端加密模块连接，用于将无人机端加密模块解密后的明文发送至无人机端其他设备；所述无人机端密文收发单元包括：无人机端待解密密文接收块，所述无人机端待解密密文接收块与所述地面端密文收发单元连接，用于接收所述地面端密文；无人机端已加密密文发送块，所述无人机端已加密密文发送块与所述地面端密文收发单元，发送无人机端密文至所述地面端密文收发单元。

优选的，所述无人机端数据加密单元包括：无人机端加密块，所述无人机端加密块与所述无人机端待加密明文接收块连接，用于将无人机端其他设备的待加密明文进行加密；无人机端解密块，所述无人机端加密块与所述无人机端待解密密文接收块连接，用于将地面端密文进行解密；所述无人机端密钥加载单元包括：无人机端解密密钥接收块，无人机端解密密钥接收块与无人机端密钥接收单元连接，用于解密无人机端密钥接收单元接收的密钥；无人机加载新密钥块，无人机加载新密钥块与无人机端密钥数据库连接，用于从所述无人机端密钥数据库加载新密钥。

优选的，所述地面端明文收发单元包括：地面端待加密明文接收块，所述地面端待加密明文接收块与地面端其他设备连接，用于接收地面端其他设备的待加密明文；地面端已解密明文发送块，所述地面端已解密明文发送块分别与地面端其他设备和所述地面端加密模块连接，用于将地面端加密模块解密后的明文发送至地面端其他设备；所述地面端密文收发单元包括：地面端待解密密文接收块，所述地面端待解密密文接收块与所述无人机端密文收发单元连接，用于接收所述无人机端密文；地面端已加密密文发送块，所述地面端已加密密文发送块与所述无人机端密文收发单元，发送地面端密文至所述无人机端密文收发单元。

优选的，所述地面端数据加密单元包括：地面端加密块，所述地面端加密块与所述地面端待加密明文接收块连接，用于将地面端其他设备的待加密明文进行加密；地面端解密块，所述地面端加密块与所述地面端待解密密文接收块连接，用于将无人机端密文进行解密；地面端密钥加密单元包括：地面端密钥加载块，用于加载新密钥；地面端密钥加密块，地面端密钥加密块与地面端密钥加载块连接，用于加密地面端密钥加载块加载的新密钥。

本发明还提供一种适用于无人机的通信链路加密方法，利用上述适用于无人机的通信链路加密系统，包括：无人机端加密系统和地面设备端加密系统确定密钥，分别在无人机端密钥数据库和地面端密钥数据库读取设备之间对接的密钥；地面端设备加密系统通过接收到地面端其他设备发送的地面端明文，对所述地面端明文进行加密生成地面端密文，并发送至无人机端加密系统；无人机端加密系统接收所述地面端密文，对所述地面端密文进行解密，并发送至无人机端其他设备；无人机端设备加密系统通过接收到无人机端其他设备发送的无人机端明文，对所述无人机端明文进行加密生成无人机端密文，并发送至地面端加密系统；地面端加密系统接收所述无人机端密文，对所述无人机端密文进行解密，并发送至地面端其他设备。

优选的，无人机端加密系统和地面设备端加密系统通过下述步骤对明文进行加密：根据密钥生成第一初始化密文查询表格和第一密文查询表格；将明文的字节流按从低位到高位读取预设长度的明文；将读取的明文作为索引，从所述第一初始化密文查询表格中查取第一中间密文，用读取的明文的数据内容更新第一初始化密文查询表格中对应位置的内容；将所述第一中间密文通过S盒完成置换计算，获得置换后的数据；将置换后的数据作为索引，从所述第一密文查询表格中查取最终密文，用置换后的数据内容更新第一密文查询表格中对应位置的内容；；输出最终密文，选取新的明文，对所述新的明文加密，直到全部明文加密。

优选的，无人机端加密系统和地面设备端加密系统通过下述步骤对密文进行加密：根据密钥生成第二初始化密文查询表格和第二密文查询表格；将密文的字节流按从低位到高位读取预设长度的密文；将读取的密文作为索引，从所述第二初始化密文查询表格中查取第二中间密文，用读取的密文的数据内容更新第二初始化密文查询表格中对应位置的内容；将所述第二中间密文通过S逆盒完成置换计算，获得置换后的数据；将置换后的数据作为索引，从所述第而密文查询表格中查取最终明文，用置换后的数据内容更新第二密文查询表格中对应位置的内容；输出最终明文，选取新的密文，对所述新的密文解密，直到全部密文解密。

本发明的有益效果在于：本发明的适用于无人机的通信链路加密系统的地面端加密模块将地面端密文加密后经由地面端数据传输模块发送至无人机端数据传输模块，通过无人机端加密模块对来自地面端的密文解密，获得来自地面端的明文，无人机端加密模块将无人机端密文加密后经由无人机端数据传输模块发送至地面端数据传输模块，通过地面端加密模块对来自无人机端的密文解密，获得来自无人机端的明文，该系统链路简单，解密准确率高。

本发明的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在本发明示例性实施方式中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系统的总体框图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系统的无人机端数据传输模块框图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系统的无人机端加密模块框图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系统的地面端数据传输模块框图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系统的地面端加密模块框图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系方法的流程图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系方法的又一流程图。

附图标记说明：

1、无人机端加密系统；2、地面设备端加密系统；3、无人机端数据传输模块；4、无人机端密钥数据库模块；5、无人机端加密模块；6、地面端数据传输模块；7、地面端密钥管理模块；8、地面端加密模块；301、无人机端明文收发单元；302、无人机端密文收发单元；303、无人机端密钥接收单元；401、无人机端密钥数据库；402、无人机端密钥变更单元；501、无人机端数据加密单元；502、无人机端密钥加载单元；601、地面端明文收发单元；602、地面端密文收发单元；603、地面端密钥发送单元；701、地面端密钥数据库；702、地面端密钥生成单元；801、地面端数据加密单元；802、地面端密钥加载单元；30101、无人机端待加密明文接收块；30102、无人机端已解密明文发送块；30201、无人机端待解密密文接收块；30202、无人机端已加密密文发送块；50101、无人机端加密块；50102、无人机端解密块；50201、无人机端解密密钥接收块；50202、无人机端加载新密钥块；60101、地面端待加密明文接收块；60102、地面端已解密明文发送块；60201、地面端待解密密文接收块；60202、地面端已加密密文发送块；80101、地面端加密块；80102、地面端解密块；80201、地面端密钥加载块；80202、地面端密钥加密块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明的一种适用于无人机的通信链路加密系统，包括：无人机端加密系统和地面设备端加密系统；无人机端加密系统包括：无人机端数据传输模块，无人机端数据传输模块与地面端设备加密系统连接，无人机端数据传输模块用于向地面端设备加密系统发送数据并接收来自地面端设备加密系统的数据；无人机端密钥数据库模块，无人机端密钥数据库模块用于存储或变更密钥；无人机端加密模块，无人机端加密模块分别与无人机端数据传输模块和无人机端密钥数据库模块连接，无人机端加密模块用于通过密钥对无人机端数据进行加密或解密；地面端加密系统包括：地面端数据传输模块，地面端数据传输模块与无人机端设备加密系统连接，地面端数据传输模块用于向无人机端设备加密系统发送数据并接收来自无人机端设备加密系统的数据；地面端密钥管理模块，地面端密钥管理模块用于生成、存储或变更密钥；地面端加密模块，地面端加密模块分别与地面端数据传输模块和密钥管理模块连接，地面端加密模块用于通过密钥对地面端数据进行加密或解密。

具体的，无人机加密系统包括用于数据收发的无人机端数据传输模块，用于变更、存储密钥的密钥数据库模块和用于数据加密、密钥加载的无人机端加密模块；

地面设备端加密系统包括用于数据收发的地面设备端数据传输模块，用于生成、变更以及存储密钥的密钥管理模块和用于数据加密、密钥加载的地面设备端数据加密模块。

根据示例性的实施方式，适用于无人机的通信链路加密系统的地面端加密模块将地面端密文加密后经由地面端数据传输模块发送至无人机端数据传输模块，通过无人机端加密模块对来自地面端的密文解密，获得来自地面端的明文，无人机端加密模块将无人机端密文加密后经由无人机端数据传输模块发送至地面端数据传输模块，通过地面端加密模块对来自无人机端的密文解密，获得来自无人机端的明文，该系统链路简单，解密准确率高。

作为优选方案，无人机端数据传输模块包括：无人机端明文收发单元，无人机端明文收发单元与无人机端其他设备连接，无人机端明文收发单元用于接收无人机端其他设备的待加密明文以及发送已解密明文至无人机端其他设备；无人机端密文收发单元，无人机端密文收发单元与地面端数据传输模块连接，无人机端密文收发单元用于接收来自地面端数据传输模块的待解密密文及发送无人机端待发送密文至地面端数据传输模块；无人机端密钥接收单元，无人机端密钥接收单元与无人机端密钥管理模块连接，无人机端密钥接收单元用于接收无人机端密钥管理模块发送的密钥；无人机端密钥数据库模块包括：无人机端密钥数据库，无人机端密钥数据库与无人机端密钥接收单元连接，用于存储密钥；无人机端密钥变更单元，无人机端密钥变更单元与无人机端密钥接收单元连接，无人机端密钥变更单元用于变更密钥并将变更后的密钥存储至无人机端密钥数据库；无人机端加密模块包括：无人机端数据加密单元，无人机端数据加密单元分别与无人机端明文收发单元和无人机端密文收发单元连接，无人机端数据加密单元用于将来自地面设备端加密系统的的密文解密，将来自无人机端其他设备的待加密数据加密；无人机端密钥加载单元，无人机端密钥加载单元与无人机端密钥数据库连接，无人机端密钥加载单元用于从无人机端密钥数据库加载新密钥。

具体的，无人机端数据传输模块包括用于接收待加密明文和发送已解密明文的明文收发单元、用于接收待解密密文和发送待发送密文的密文收发单元和用于接收地面端密钥的密钥接收单元；密钥数据库模块包括用于存储密钥的密钥数据库模块和变更密钥的密钥变更单元；无人机端数据加密系统模块包括用于数据加密和解密的数据加密单元和加载新密钥的密钥加载单元。

作为优选方案，地面端数据传输模块包括：地面端明文收发单元，地面端明文收发单元与地面端其他设备连接，地面端明文收发单元用于接收地面端其他设备的待加密明文以及发送已解密明文至地面端其他设备；地面端密文收发单元，地面端密文收发单元与无人机端数据传输模块连接，地面端密文收发单元用于接收来自无人机端数据传输模块的密文及发送地面端密文至无人机端数据传输模块；地面端密钥发送单元，地面端密钥发送单元与无人机端密钥数据库模块连接，地面端密钥接收单元用于传输密钥至无人机端密钥数据库模块；地面端密钥管理模块包括：地面端密钥数据库，地面端密钥数据库用于存储密钥；地面端密钥生成单元，地面端密钥生成单元用于生成密钥并将生成后的密钥存储至地面端密钥数据库；地面端加密模块包括：地面端数据加密单元，地面端数据加密单元分别与地面端明文收发单元和地面端密文收发单元连接，地面端数据加密单元用于将来自无人机端加密系统的密文解密，将来地面端其他设备的待加密数据加密；地面端密钥加密单元，地面端密钥加密单元与地面端密钥数据库连接，地面端密钥加密单元用于生成密钥并存储在地面端密钥数据库。

具体的，地面设备端数据传输模块包括用于接收待加密明文和发送已解密明文的明文收发单元、用于接收待解密密文和发送待发送密文的密文收发单元和用于发送地面端密钥的密钥发送单元；

所述密钥管理模块包括用于存储密钥的密钥数据库模块和生成密钥的密钥生成单元；

地面设备端数据加密模块包括用于数据加密和解密的数据加密单元和用于生成密钥、存储在密钥数据库系统单元并发送的密钥加密单元。

作为优选方案，无人机端明文收发单元包括：无人机端待加密明文接收块，无人机端待加密明文接收块与无人机端其他设备连接，用于接收无人机端其他设备的待加密明文；无人机端已解密明文发送块，无人机端已解密明文发送块分别与无人机端其他设备和无人机端加密模块连接，用于将无人机端加密模块解密后的明文发送至无人机端其他设备；无人机端密文收发单元包括：无人机端待解密密文接收块，无人机端待解密密文接收块与地面端密文收发单元连接，用于接收地面端密文；无人机端已加密密文发送块，无人机端已加密密文发送块与地面端密文收发单元，发送无人机端密文至地面端密文收发单元。

具体的，无人机端数据传输单元包括用于接收待加密明文和发送已解密明文的明文收发单元、用于接收待解密密文和发送待发送密文的密文收发单元和用于接收地面端密钥的密钥接收单元；明文收发单元含接收明文的待加密明文接收块和发送明文的已解密明文发送块，密文收发单元包含接收密文的待解密密文接收块和发送密文的已加密密文发送块。

作为优选方案，无人机端数据加密单元包括：无人机端加密块，无人机端加密块与无人机端待加密明文接收块连接，用于将无人机端其他设备的待加密明文进行加密；无人机端解密块，无人机端加密块与无人机端待解密密文接收块连接，用于将地面端密文进行解密；无人机端密钥加载单元包括：无人机端解密密钥接收块，无人机端解密密钥接收块与无人机端密钥接收单元连接，用于解密无人机端密钥接收单元接收的密钥；无人机加载新密钥块，无人机加载新密钥块与无人机端密钥数据库连接，用于从无人机端密钥数据库加载新密钥。

具体的，无人机端数据加密模块包括用于数据加密和解密的数据加密单元和加载新密钥的密钥加载单元；数据加密单元包括用于加密数据的加密块和用于解密数据的解密块，密钥加密单元包括解密密钥接收单元发送密钥的密钥解密块和加载新密钥的密钥加载块。

作为优选方案，地面端明文收发单元包括：地面端待加密明文接收块，地面端待加密明文接收块与地面端其他设备连接，用于接收地面端其他设备的待加密明文；地面端已解密明文发送块，地面端已解密明文发送块分别与地面端其他设备和地面端加密模块连接，用于将地面端加密模块解密后的明文发送至地面端其他设备；地面端密文收发单元包括：地面端待解密密文接收块，地面端待解密密文接收块与无人机端密文收发单元连接，用于接收无人机端密文；地面端已加密密文发送块，地面端已加密密文发送块与无人机端密文收发单元，发送地面端密文至无人机端密文收发单元。

具体的，地面设备端数据传输模块包括用于接收待加密明文和发送已解密明文的明文收发单元、用于接收待解密密文和发送待发送密文的密文收发单元和用于发送地面端密钥的密钥发送单元；明文收发单元包含接收明文的待加密明文接收块和发送明文的已解密明文发送块，密文收发单元包含接收密文的待解密密文接收块和发送密文的已加密密文发送块。

作为优选方案，地面端数据加密单元包括：地面端加密块，地面端加密块与地面端待加密明文接收块连接，用于将地面端其他设备的待加密明文进行加密；地面端解密块，地面端加密块与地面端待解密密文接收块连接，用于将无人机端密文进行解密；地面端密钥加密单元包括：地面端密钥加载块，用于加载新密钥；地面端密钥加密块，地面端密钥加密块与地面端密钥加载块连接，用于加密地面端密钥加载块加载的新密钥。

具体的，地面设备端数据加密模块包括用于数据加密和解密的数据加密单元和用于生成密钥、存储在密钥数据库系统单元并发送的密钥加密单元；数据加密单元包括用于加密数据的加密块和用于解密数据的解密块，密钥加密单元包括在密钥更新期间加载新密钥的密钥加载块和加密通过密钥接收块获取的密文的密钥加密块。

本发明还提供一种适用于无人机的通信链路加密方法，利用上述适用于无人机的通信链路加密系统，包括：无人机端加密系统和地面设备端加密系统确定密钥，分别在无人机端密钥数据库和地面端密钥数据库读取设备之间对接的密钥；地面端设备加密系统通过接收到地面端其他设备发送的地面端明文，对地面端明文进行加密生成地面端密文，并发送至无人机端加密系统；无人机端加密系统接收地面端密文，对地面端密文进行解密，并发送至无人机端其他设备；无人机端设备加密系统通过接收到无人机端其他设备发送的无人机端明文，对无人机端明文进行加密生成无人机端密文，并发送至地面端加密系统；地面端加密系统接收无人机端密文，对无人机端密文进行解密，并发送至地面端其他设备。

具体的，地面设备和无人机端加载初始加密算法和密钥，地面设备和无人机端分别在密钥数据和密钥数据库读取设备之间对接的初始密钥；

地面端设备通过待加密明文接收系统接收到地面设备发送过来的明文，通过加密系统生成密文，并通过密文发送系统向无人机端发送数据；

无人机端通过待解密密文接收系统接收到密文，通过解密系统获得并通过明文发送系统向无人机端设备传输明文；

无人机端通过待加密明文接收系统接收到无人机端设备发送过来的明文，通过加密系统生成密文，并通过密文发送系统向地面端设备发送数据；

地面端通过待解密密文接收系统接收到密文，通过解密系统获得并通过明文发送系统向地面设备传输明文；

作为进一步的优化方案，密钥数据库和密钥数据库存储的信息包括：

无人机与地面设备之间通信所用的密钥；多个地面设备之间通信所用的密钥。

根据示例性的实施方式，适用于无人机的通信链路加密方法系统链路简单，解密准确率高。

作为优选方案，无人机端加密系统和地面设备端加密系统通过下述步骤对明文进行加密：根据密钥生成第一初始化密文查询表格和第一密文查询表格；将明文的字节流按从低位到高位读取预设长度的明文；将读取的明文作为索引，从第一初始化密文查询表格中查取第一中间密文，用读取的明文的数据内容更新第一初始化密文查询表格中对应位置的内容；将第一中间密文通过S盒完成置换计算，获得置换后的数据；将置换后的数据作为索引，从第一密文查询表格中查取最终密文，用置换后的数据内容更新第一密文查询表格中对应位置的内容；；输出最终密文，选取新的明文，对新的明文加密，直到全部明文加密。

具体的，根据密钥生成初始化密文查询表格A和密文查询表格B并将明文字节流从低位到高位读取定长的明文；

按照明文查表A，获得密文并根据密文内容更新密文查询表格A；

密文通过S盒完成置换计算；

按照明文查表B，获得密文并根据密文内容更新密文查询表格B；

输出密文段，选取新的明文段，继续按照明文查表A，直到明文加密完毕。

作为优选方案，无人机端加密系统和地面设备端加密系统通过下述步骤对密文进行加密：根据密钥生成第二初始化密文查询表格和第二密文查询表格；将密文的字节流按从低位到高位读取预设长度的密文；将读取的密文作为索引，从第二初始化密文查询表格中查取第二中间密文，用读取的密文的数据内容更新第二初始化密文查询表格中对应位置的内容；将第二中间密文通过S逆盒完成置换计算，获得置换后的数据；将置换后的数据作为索引，从第而密文查询表格中查取最终明文，用置换后的数据内容更新第二密文查询表格中对应位置的内容；输出最终明文，选取新的密文，对新的密文解密，直到全部密文解密。

具体的，根据密钥生成初始化明文查询表格C和明文查询表格D并将密文字节流从低位到高位读取定长的密文；

按照密文查表C，获得明文并根据明文内容更新密文查询表格C；

密文通过S逆盒完成置换计算；

按照密文查表D，获得明文并根据明文内容更新明文查询表格D；

输出明文段，选取新的密文段，继续按照密文查表C，直到密文解密完毕。

作为进一步的优化方案，上述步骤有如下特征：

密文查询表格A与明文查询表格D互逆，更新密文查询表格A操作与更新明文查询表格D操作互为逆向操作；

密文查询表格B与明文查询表格C互逆，更新密文查询表格B操作与更新明文查询表格C操作互为逆向操作；

S盒与S逆盒互逆；

密钥变更功能包括以下步骤：地面设备端和无人机端加载初始密钥加密算法和算法密钥，等待密文的传输；地面端密钥生成系统生成密钥并存储在密钥数据库，通过密钥加载系统更新数据加密系统，由密钥加密系统加密后，将密文发送到无人机端；无人机端通过密钥接收系统接收密钥，并由密钥解密系统解密，通过密钥变更系统将密钥更新到密钥数据库系统中，并由密钥加载系统更新数据加密系统。

作为进一步的优化方案，上述密钥生成系统用于生成密钥的信息源包括：根据时间戳计算得到的定长字符串；地面设备的定长硬件信息字符串；随机数生成器导出的随机数。

最后应说明的是，该加密系统中的加密方法，加密过程和解密过程都是一次性的查表计算，相比其他加密算法如AES等更容易适应无人机的硬件情况；无人机端、地面端设备间链路使用的密钥可独立设置，提高了通信链路信息的安全性；系统将多个设备间不同地密钥集中进行管理，提高了整个数据链路的可靠性。

实施例一

图1示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系统的总体框图。图2示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系统的无人机端数据传输模块框图。图3示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系统的无人机端加密模块框图。图4示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系统的地面端数据传输模块框图。图5示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系统的地面端加密模块框图。

结合图1、图2、图3、图4和图5所示，该适用于无人机的通信链路加密系统，包括：无人机端加密系统1和地面设备端加密系统2；

无人机端加密系统1包括：无人机端数据传输模块3，无人机端数据传输模块3与地面端设备加密系统连接，无人机端数据传输模块3用于向地面端设备加密系统发送数据并接收来自地面端设备加密系统的数据；无人机端密钥数据库401模块4，无人机端密钥数据库401模块4用于存储或变更密钥；无人机端加密模块5，无人机端加密模块5分别与无人机端数据传输模块3和无人机端密钥数据库401模块4连接，无人机端加密模块5用于通过密钥对无人机端数据进行加密或解密；

地面端加密系统包括：地面端数据传输模块6，地面端数据传输模块6与无人机端设备加密系统连接，地面端数据传输模块6用于向无人机端设备加密系统发送数据并接收来自无人机端设备加密系统的数据；地面端密钥管理模块7，地面端密钥管理模块7用于生成、存储或变更密钥；地面端加密模块8，地面端加密模块8分别与地面端数据传输模块6和密钥管理模块连接，地面端加密模块8用于通过密钥对地面端数据进行加密或解密。

其中，无人机端数据传输模块3包括：无人机端明文收发单元301，无人机端明文收发单元301与无人机端其他设备连接，无人机端明文收发单元301用于接收无人机端其他设备的待加密明文以及发送已解密明文至无人机端其他设备；无人机端密文收发单元302，无人机端密文收发单元302与地面端数据传输模块6连接，无人机端密文收发单元302用于接收来自地面端数据传输模块6的待解密密文及发送无人机端待发送密文至地面端数据传输模块6；无人机端密钥接收单元303，无人机端密钥接收单元303与无人机端密钥管理模块连接，无人机端密钥接收单元303用于接收无人机端密钥管理模块发送的密钥；无人机端密钥数据库401模块4包括：无人机端密钥数据库401，无人机端密钥数据库401与无人机端密钥接收单元303连接，用于存储密钥；无人机端密钥变更单元402，无人机端密钥变更单元402与无人机端密钥接收单元303连接，无人机端密钥变更单元402用于变更密钥并将变更后的密钥存储至无人机端密钥数据库401；无人机端加密模块5包括：无人机端数据加密单元501，无人机端数据加密单元501分别与无人机端明文收发单元301和无人机端密文收发单元302连接，无人机端数据加密单元501用于将来自地面设备端加密系统2的的密文解密，将来自无人机端其他设备的待加密数据加密；无人机端密钥加载单元502，无人机端密钥加载单元502与无人机端密钥数据库401连接，无人机端密钥加载单元502用于从无人机端密钥数据库401加载新密钥。

其中，地面端数据传输模块6包括：地面端明文收发单元601，地面端明文收发单元601与地面端其他设备连接，地面端明文收发单元601用于接收地面端其他设备的待加密明文以及发送已解密明文至地面端其他设备；地面端密文收发单元602，地面端密文收发单元602与无人机端数据传输模块3连接，地面端密文收发单元602用于接收来自无人机端数据传输模块3的密文及发送地面端密文至无人机端数据传输模块3；地面端密钥发送单元603，地面端密钥发送单元603与无人机端密钥数据库401模块4连接，地面端密钥接收单元用于传输密钥至无人机端密钥数据库401模块4；地面端密钥管理模块7包括：地面端密钥数据库701，地面端密钥数据库701用于存储密钥；地面端密钥生成单元702，地面端密钥生成单元702用于生成密钥并将生成后的密钥存储至地面端密钥数据库701；地面端加密模块8包括：地面端数据加密单元801，地面端数据加密单元801分别与地面端明文收发单元601和地面端密文收发单元602连接，地面端数据加密单元801用于将来自无人机端加密系统1的密文解密，将来地面端其他设备的待加密数据加密；地面端密钥加密单元，地面端密钥加密单元与地面端密钥数据库701连接，地面端密钥加密单元用于生成密钥并存储在地面端密钥数据库701。

其中，无人机端明文收发单元301包括：无人机端待加密明文接收块30101，无人机端待加密明文接收块30101与无人机端其他设备连接，用于接收无人机端其他设备的待加密明文；无人机端已解密明文发送块30102，无人机端已解密明文发送块30102分别与无人机端其他设备和无人机端加密模块5连接，用于将无人机端加密模块5解密后的明文发送至无人机端其他设备；无人机端密文收发单元302包括：无人机端待解密密文接收块30201，无人机端待解密密文接收块30201与地面端密文收发单元602连接，用于接收地面端密文；无人机端已加密密文发送块30202、，无人机端已加密密文发送块30202、与地面端密文收发单元602，发送无人机端密文至地面端密文收发单元602。

其中，无人机端数据加密单元501包括：无人机端加密块50101，无人机端加密块50101与无人机端待加密明文接收块30101连接，用于将无人机端其他设备的待加密明文进行加密；无人机端解密块50102，无人机端加密块50101与无人机端待解密密文接收块30201连接，用于将地面端密文进行解密；无人机端密钥加载单元502包括：无人机端解密密钥接收块50201，无人机端解密密钥接收块50201与无人机端密钥接收单元303连接，用于解密无人机端密钥接收单元303接收的密钥；无人机端加载新密钥块50202，无人机端加载新密钥块50202与无人机端密钥数据库401连接，用于从无人机端密钥数据库401加载新密钥。

其中，地面端明文收发单元601包括：地面端待加密明文接收块60101，地面端待加密明文接收块60101与地面端其他设备连接，用于接收地面端其他设备的待加密明文；地面端已解密明文发送块60102，地面端已解密明文发送块60102分别与地面端其他设备和地面端加密模块8连接，用于将地面端加密模块8解密后的明文发送至地面端其他设备；地面端密文收发单元602包括：地面端待解密密文接收块60201，地面端待解密密文接收块60201与无人机端密文收发单元302连接，用于接收无人机端密文；地面端已加密密文发送块60202，地面端已加密密文发送块60202与无人机端密文收发单元302，发送地面端密文至无人机端密文收发单元302。

其中，地面端数据加密单元801包括：地面端加密块80101，地面端加密块80101与地面端待加密明文接收块60101连接，用于将地面端其他设备的待加密明文进行加密；地面端解密块80102，地面端加密块与地面端待解密密文接收块60201连接，用于将无人机端密文进行解密；地面端密钥加密单元包括：地面端密钥加载块80201，用于加载新密钥；地面端密钥加密块80202，地面端密钥加密块80202与地面端密钥加载块80201连接，用于加密地面端密钥加载块80201加载的新密钥。

实施例二

图6示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系方法的流程图。图7示出了根据本发明的一个实施例的适用于无人机的通信链路加密系方法的又一流程图。

结合图6和图7所示，该适用于无人机的通信链路加密方法，利用上述适用于无人机的通信链路加密系统，包括：

步骤1：无人机端加密系统和地面设备端加密系统确定密钥，分别在无人机端密钥数据库和地面端密钥数据库读取设备之间对接的密钥；

步骤2：地面端设备加密系统通过接收到地面端其他设备发送的地面端明文，对地面端明文进行加密生成地面端密文，并发送至无人机端加密系统；无人机端加密系统接收地面端密文，对地面端密文进行解密，并发送至无人机端其他设备；

步骤3：无人机端设备加密系统通过接收到无人机端其他设备发送的无人机端明文，对无人机端明文进行加密生成无人机端密文，并发送至地面端加密系统；地面端加密系统接收无人机端密文，对无人机端密文进行解密，并发送至地面端其他设备。

其中，无人机端加密系统和地面设备端加密系统通过下述步骤对明文进行加密：根据密钥生成第一初始化密文查询表格和第一密文查询表格；将明文的字节流按从低位到高位读取预设长度的明文；将读取的明文作为索引，从第一初始化密文查询表格中查取第一中间密文，用读取的明文的数据内容更新第一初始化密文查询表格中对应位置的内容；将第一中间密文通过S盒完成置换计算，获得置换后的数据；将置换后的数据作为索引，从第一密文查询表格中查取最终密文，用置换后的数据内容更新第一密文查询表格中对应位置的内容；；输出最终密文，选取新的明文，对新的明文加密，直到全部明文加密。

其中，无人机端加密系统和地面设备端加密系统通过下述步骤对密文进行加密：根据密钥生成第二初始化密文查询表格和第二密文查询表格；将密文的字节流按从低位到高位读取预设长度的密文；将读取的密文作为索引，从第二初始化密文查询表格中查取第二中间密文，用读取的密文的数据内容更新第二初始化密文查询表格中对应位置的内容；将第二中间密文通过S逆盒完成置换计算，获得置换后的数据；将置换后的数据作为索引，从第而密文查询表格中查取最终明文，用置换后的数据内容更新第二密文查询表格中对应位置的内容；输出最终明文，选取新的密文，对新的密文解密，直到全部密文解密。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种适用于无人机的通信链路加密系统，其特征在于，包括：无人机端加密系统和地面设备端加密系统；

无人机端加密系统包括：无人机端数据传输模块，所述无人机端数据传输模块与所述地面端设备加密系统连接，所述无人机端数据传输模块用于向所述地面端设备加密系统发送数据并接收来自所述地面端设备加密系统的数据；

无人机端密钥数据库模块，所述无人机端密钥数据库模块用于存储或变更密钥；

无人机端加密模块，所述无人机端加密模块分别与所述无人机端数据传输模块和无人机端密钥数据库模块连接，所述无人机端加密模块用于通过密钥对无人机端数据进行加密或解密；

地面端加密系统包括：地面端数据传输模块，所述地面端数据传输模块与所述无人机端设备加密系统连接，所述地面端数据传输模块用于向所述无人机端设备加密系统发送数据并接收来自所述无人机端设备加密系统的数据；

地面端密钥管理模块，所述地面端密钥管理模块用于生成、存储或变更密钥；

地面端加密模块，所述地面端加密模块分别与所述地面端数据传输模块和密钥管理模块连接，所述地面端加密模块用于通过密钥对地面端数据进行加密或解密。

2.根据权利要求1所述的适用于无人机的通信链路加密系统，其特征在于，所述无人机端数据传输模块包括：

无人机端明文收发单元，所述无人机端明文收发单元与无人机端其他设备连接，所述无人机端明文收发单元用于接收无人机端其他设备的待加密明文以及发送已解密明文至所述无人机端其他设备；

无人机端密文收发单元，所述无人机端密文收发单元与所述地面端数据传输模块连接，所述无人机端密文收发单元用于接收来自所述地面端数据传输模块的待解密密文及发送无人机端待发送密文至地面端数据传输模块；

无人机端密钥接收单元，所述无人机端密钥接收单元与无人机端密钥管理模块连接，所述无人机端密钥接收单元用于接收所述无人机端密钥管理模块发送的密钥；

所述无人机端密钥数据库模块包括：无人机端密钥数据库，所述无人机端密钥数据库与所述无人机端密钥接收单元连接，用于存储密钥；

无人机端密钥变更单元，无人机端密钥变更单元与所述无人机端密钥接收单元连接，所述无人机端密钥变更单元用于变更密钥并将变更后的密钥存储至所述无人机端密钥数据库；

所述无人机端加密模块包括：无人机端数据加密单元，所述无人机端数据加密单元分别与所述无人机端明文收发单元和无人机端密文收发单元连接，所述无人机端数据加密单元用于将来自所述地面设备端加密系统的的密文解密，将来自无人机端其他设备的待加密数据加密；

无人机端密钥加载单元，所述无人机端密钥加载单元与无人机端密钥数据库连接，所述无人机端密钥加载单元用于从所述无人机端密钥数据库加载新密钥。

3.根据权利要求2所述的适用于无人机的通信链路加密系统，其特征在于，所述地面端数据传输模块包括：

地面端明文收发单元，所述地面端明文收发单元与地面端其他设备连接，所述地面端明文收发单元用于接收地面端其他设备的待加密明文以及发送已解密明文至所述地面端其他设备；

地面端密文收发单元，所述地面端密文收发单元与所述无人机端数据传输模块连接，所述地面端密文收发单元用于接收来自所述无人机端数据传输模块的密文及发送地面端密文至无人机端数据传输模块；

地面端密钥发送单元，所述地面端密钥发送单元与无人机端密钥数据库模块连接，所述地面端密钥接收单元用于传输所述密钥至无人机端密钥数据库模块；

所述地面端密钥管理模块包括：地面端密钥数据库，所述地面端密钥数据库用于存储密钥；

地面端密钥生成单元，所述地面端密钥生成单元用于生成密钥并将生成后的密钥存储至所述地面端密钥数据库；

所述地面端加密模块包括：地面端数据加密单元，所述地面端数据加密单元分别与所述地面端明文收发单元和地面端密文收发单元连接，所述地面端数据加密单元用于将来自所述无人机端加密系统的密文解密，将来地面端其他设备的待加密数据加密；地面端密钥加密单元，所述地面端密钥加密单元与地面端密钥数据库连接，所述地面端密钥加密单元用于生成密钥并存储在地面端密钥数据库。

4.根据权利要求2所述的适用于无人机的通信链路加密系统，其特征在于，所述无人机端明文收发单元包括：无人机端待加密明文接收块，所述无人机端待加密明文接收块与无人机端其他设备连接，用于接收无人机端其他设备的待加密明文；

无人机端已解密明文发送块，所述无人机端已解密明文发送块分别与无人机端其他设备和所述无人机端加密模块连接，用于将无人机端加密模块解密后的明文发送至无人机端其他设备；

所述无人机端密文收发单元包括：无人机端待解密密文接收块，所述无人机端待解密密文接收块与所述地面端密文收发单元连接，用于接收所述地面端密文；

无人机端已加密密文发送块，所述无人机端已加密密文发送块与所述地面端密文收发单元，发送无人机端密文至所述地面端密文收发单元。

5.根据权利要求4所述的适用于无人机的通信链路加密系统，其特征在于，所述无人机端数据加密单元包括：无人机端加密块，所述无人机端加密块与所述无人机端待加密明文接收块连接，用于将无人机端其他设备的待加密明文进行加密；无人机端解密块，所述无人机端加密块与所述无人机端待解密密文接收块连接，用于将地面端密文进行解密；

所述无人机端密钥加载单元包括：无人机端解密密钥接收块，无人机端解密密钥接收块与无人机端密钥接收单元连接，用于解密无人机端密钥接收单元接收的密钥；

无人机加载新密钥块，无人机加载新密钥块与无人机端密钥数据库连接，用于从所述无人机端密钥数据库加载新密钥。

6.根据权利要求3所述的适用于无人机的通信链路加密系统，其特征在于，所述地面端明文收发单元包括：地面端待加密明文接收块，所述地面端待加密明文接收块与地面端其他设备连接，用于接收地面端其他设备的待加密明文；

地面端已解密明文发送块，所述地面端已解密明文发送块分别与地面端其他设备和所述地面端加密模块连接，用于将地面端加密模块解密后的明文发送至地面端其他设备；

所述地面端密文收发单元包括：地面端待解密密文接收块，所述地面端待解密密文接收块与所述无人机端密文收发单元连接，用于接收所述无人机端密文；

地面端已加密密文发送块，所述地面端已加密密文发送块与所述无人机端密文收发单元，发送地面端密文至所述无人机端密文收发单元。

7.根据权利要求6所述的适用于无人机的通信链路加密系统，其特征在于，所述地面端数据加密单元包括：地面端加密块，所述地面端加密块与所述地面端待加密明文接收块连接，用于将地面端其他设备的待加密明文进行加密；地面端解密块，所述地面端加密块与所述地面端待解密密文接收块连接，用于将无人机端密文进行解密；

地面端密钥加密单元包括：地面端密钥加载块，用于加载新密钥；

地面端密钥加密块，地面端密钥加密块与地面端密钥加载块连接，用于加密地面端密钥加载块加载的新密钥。

8.一种适用于无人机的通信链路加密方法，利用权力要求1-7中任一项所述的适用于无人机的通信链路加密系统，其特征在于，包括：

无人机端加密系统和地面设备端加密系统确定密钥，分别在无人机端密钥数据库和地面端密钥数据库读取设备之间对接的密钥；

地面端设备加密系统通过接收到地面端其他设备发送的地面端明文，对所述地面端明文进行加密生成地面端密文，并发送至无人机端加密系统；

无人机端加密系统接收所述地面端密文，对所述地面端密文进行解密，并发送至无人机端其他设备；

无人机端设备加密系统通过接收到无人机端其他设备发送的无人机端明文，对所述无人机端明文进行加密生成无人机端密文，并发送至地面端加密系统；

地面端加密系统接收所述无人机端密文，对所述无人机端密文进行解密，并发送至地面端其他设备。

9.根据权利要求8所述的适用于无人机的通信链路加密方法，其特征在于，无人机端加密系统和地面设备端加密系统通过下述步骤对明文进行加密：

根据密钥生成第一初始化密文查询表格和第一密文查询表格；

将明文的字节流按从低位到高位读取预设长度的明文；

将读取的明文作为索引，从所述第一初始化密文查询表格中查取第一中间密文，用读取的明文的数据内容更新第一初始化密文查询表格中对应位置的内容；

将所述第一中间密文通过S盒完成置换计算，获得置换后的数据；

将置换后的数据作为索引，从所述第一密文查询表格中查取最终密文，用置换后的数据内容更新第一密文查询表格中对应位置的内容；；

输出最终密文，选取新的明文，对所述新的明文加密，直到全部明文加密。

10.根据权利要求8所述的适用于无人机的通信链路加密方法，其特征在于，无人机端加密系统和地面设备端加密系统通过下述步骤对密文进行加密：

根据密钥生成第二初始化密文查询表格和第二密文查询表格；

将密文的字节流按从低位到高位读取预设长度的密文；

将读取的密文作为索引，从所述第二初始化密文查询表格中查取第二中间密文，用读取的密文的数据内容更新第二初始化密文查询表格中对应位置的内容；

将所述第二中间密文通过S逆盒完成置换计算，获得置换后的数据；

将置换后的数据作为索引，从所述第而密文查询表格中查取最终明文，用置换后的数据内容更新第二密文查询表格中对应位置的内容；

输出最终明文，选取新的密文，对所述新的密文解密，直到全部密文解密。

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