CN115002756A - 一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，包括地面站子系统、区块链子系统、战术云子系统和无人机子系统；地面站子系统用于接收并存储作战关键信息和发送预规划任务信息，进行任务分配；区块链子系统用于接收地面站子系统发送的作战关键信息，进行分布式防篡改存储，并进行分布式身份认证；本发明将战术云的存储和计算能力与区块链防篡改、分布式的优势相结合，完成数据的加密传输，保障数据传输安全；区块链的分布式存储，避免了传统集中式存储的单点故障问题；统一由区块链实现各子系统及无人机之间的身份认证，防止恶意无人机入侵，解决无人集群作战安全防控中的问题。

Description

一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统

技术领域

本发明涉及无人设备安全防控技术领域，具体涉及一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统。

背景技术

随着无人设备技术的发展，无人机在各行各业的应用范围越来越广，无人机的使用，给现代化战争带来了新的理念，无人机在作战中也都发挥了很重要的作用。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。有效的多无人机任务规划系统是提高多无人机集群化作战能力的关键。而先进的多无人机任务规划系统要求能够尽可能提高任务的整体执行效率，并且要求其反应速度快、运行效率高、具备战场实时运行能力，且能够处理大规模的无人机集群决策需求。在这一过程中，对于每一架无人机，可能无法保证其任务执行过程的局部最优化，但是对于整个无人机集群，却应该尽可能保证任务执行的整体最优化。无人机集群通信容易发生安全问题，如集中化的集群管理带来单点问题、劫持和非法入侵、通信链路干扰和数据篡改问题等，构建一个无人集群自组织作战安全系统就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，以解决背景技术中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，包括地面站子系统、区块链子系统、无人机子系统和战术云子系统；地面站子系统用于接收并存储作战关键信息和发送预规划任务信息，进行任务分配；

区块链子系统用于接收地面站子系统发送的作战关键信息，进行分布式防篡改存储，并进行分布式身份认证；无人机子系统用于接收地面站子系统发送的无人机私钥，并进行任务监听，将任务信息发送到无人机；战术云子系统用于对地面站子系统发送的信息、区块链子系统发送的信息和无人机子系统发送的信息进行交互。

优选的是，地面站子系统还包括将无人机的身份标识信息以及任务的关键信息加密后发送到区块链子系统和战术云子系统中。

在上述任一方案中优选的是，作战关键信息包括无人机信息、作战任务信息、用于安全通信的身份凭证信息和作战中识别出的非法无人机信息。

在上述任一方案中优选的是，区块链子系统还包括用于为作战实体中安全通信提供公钥信息，并提供统一身份认证。

在上述任一方案中优选的是，战术云子系统还包括用于接收无人机发送的实时态势信息并进行存储，根据预规划任务信息和实时态势信息进行任务动态重规划，将重规划的任务动态指令发送给无人机和区块链子系统。

在上述任一方案中优选的是，区块链子系统还包括用于提供信息加密所用到的接收方公钥；接收战术云子系统发送的任务动态指令并进行存储。

在上述任一方案中优选的是，战术云子系统还包括接收来自无人机的态势请求信息，将无人机需要的态势请求信息发送给无人机。

与现有技术相比，本发明所具有的优点和有益效果为：

1、本发明的一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统将战术云的存储和计算能力与区块链防篡改、分布式的优势相结合，完成数据的加密传输，保障数据传输安全；区块链的分布式存储，避免了传统集中式存储的单点故障问题；统一由区块链实现各子系统及无人机之间的身份认证，防止恶意无人机入侵，解决无人集群作战安全防控中的问题。

2、本发明的一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全体系，充分利用区块链分布式存储、不可篡改的优点，比第三方集中式存储更可靠，提高通信安全性，防止敌机恶意入侵。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为根据本发明实施例一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统的信息交互图；

图2为根据本发明实施例一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统的架构层图；

图3为根据本发明实施例一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统的地面站子系统的任务调度流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，包括地面站子系统1、区块链子系统2、战术云子系统3和无人机子系统4；地面站子系统用于接收并存储作战关键信息和发送预规划任务信息，进行任务分配；区块链子系统用于接收地面站子系统发送的作战关键信息，进行分布式防篡改存储，并进行分布式身份认证；无人机子系统用于接收地面站子系统发送的无人机私钥，并进行任务监听，将任务信息发送到无人机；战术云子系统用于对地面站子系统发送的信息、区块链子系统发送的信息和无人机子系统发送的信息进行交互。

本发明实施例提供了一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，主要涉及四个子系统：地面站子系统、无人机子系统、战术云子系统和区块链子系统。地面站子系统用于接收操作员录入无人机信息，上传预规划任务，并将无人机的身份标识等信息以及任务的关键信息加密后发送到区块链子系统和战术云子系统中。无人机子系统的无人机通过地面站子系统注册后即可接收任务并执行，执行过程中感知战场态势信息，向战术云子系统发送态势信息及监听重规划任务信息。战术云子系统主要负责无人机和地面站及区块链之间的信息交互。区块链子系统主要用于永久保存无人机身份信息以及作战关键信息，且提供统一身份认证。本发明实施例将战术云的存储和计算能力与区块链防篡改、分布式的优势相结合，完成数据的加密传输，保障数据传输安全；区块链的分布式存储，避免了传统集中式存储的单点故障问题；统一由区块链实现各子系统及无人机之间的身份认证，防止恶意无人机入侵，解决无人集群作战安全防控中的问题。

如图2所示，为本发明的基于区块链和战术云的无人集群自组作战系统架构层图，包括访问层、业务层、区块链和服务层四部分；在该系统结构中，在访问层的地面前段端地面站子系统负责无人机信息的输入和任务配置。业务层主要指基于地面站子系统、无人机子系统、区块链子系统和战术云子系统实现的主要功能，基于区块链和战术云技术实现的无人机身份识别、敌我识别、无人机集群信息管理、无人机集群任务作战任务分配，无人集群信息管理和无人集群作战任务分配。区块链主要实现关键信息的防篡改存储、分布式身份认证。服务层的战术云实现云存储，提供技术支持。

进一步的，地面站子系统还包括将无人机的身份标识信息以及任务的关键信息加密后发送到区块链子系统和战术云子系统中。地面站子系统接收无人机信息，地面站子系统核对信息无误后，将无人机注册信息存储到本地，并将关键信息加密后发送到区块链子系统中，区块链子系统进行分布式防篡改存储，以保障数据安全。而且一些关键信息也会被发送到战术云子系统存储。地面站子系统另外一个主要功能是预规划任务的上传和任务分配，同时，提供任务信息编辑输入以及无人机的任务分配功能，任务信息将发送到战术云及区块链子系统进行存储。

地面站子系统对无人机注册后，无人机即可接收无人机子系统中的任务并执行，无人机子系统执行过程中感知战场态势信息，将需要发送的态势信息签名并加密，然后将态势信息密文发送给战术云子系统。无人机子系统在控制无人机执行任务过程中会随时监听来自战术云子系统的重规划任务，若接收到重规划任务，需先验证信息发送方身份，验证通过后解密任务信息，再将解密后的任务信息发送到无人机中执行。

当调用无人机执行任务时，执行作战任务的无人机数量越少，剩余备战中的无人机数量就越多，地面站子系统对无人机集群进行任务规划调度，是通过不断对节点优先级进行排序，根据对节点的优先级顺序来构造一个临时的调度列表，如3图所示。

地面站子系统调度无人机时包含三个步骤:

步骤S1:创建调度列表，对调度列表中的节点进行排序。

步骤S2:从列表中选择节点，将选出的节点分配到最早开始的机器上。

步骤S3:判断列表中是否还有节点，如果是，则执行步骤S4,如果否，则执行步骤S31。

步骤S31:输出调度方案。

步骤S4:对剩余节点进行优先级排序。

步骤S5:筛选出优先级最高的节点。

步骤S6:将优先级最高的节点分配到空闲的机器上。

在给定一个任务优先执行顺序的情况下，确定任务的优先级排序，不断选择无人机构建完成任务需要的模体，直到所有的任务完成。当完成一个任务以后，对剩余的未完成任务进行优先执行顺序的再排序。

选择一个可以开始的任务，任务可以开始是指比这个任务优先级高的任务都已经开始，在这个任务顺序之前的任务都已经完成。选择可以使用的无人机组成模体，完成这个任务；进行预先判断，一个可以开始的任务被选出以后，判断是否有足够可用的无人机资源可以执行这个任务。如果有，则这个任务就可以开始。如果没有，这个任务需要等到有任务完成并释放出无人机资源时再进行判断。给定一个任务的优先执行顺序，生成任务规划方案。

具体的，作战关键信息包括无人机信息、作战任务信息、用于安全通信的身份凭证信息和作战中识别出的非法无人机信息。

进一步的，区块链子系统还包括用于为作战实体中安全通信提供公钥信息，并提供统一身份认证。

进一步的，战术云子系统还包括用于接收无人机发送的实时态势信息并进行存储，根据预规划任务信息和实时态势信息进行任务动态重规划，将重规划的任务动态指令发送给无人机和区块链子系统。

战术云子系统主要负责无人机子系统、地面站子系统和区块链子系统之间的信息交互。无人机在地面站子系统完成注册后，一些关键信息也会被发送到战术云子系统存储，地面站子系统完成预规划任务配置后将其发送到战术云子系统存储。战术云子系统主要包括以下功能：

(1)战术云子系统接收无人机发来的实时战场态势信息，并进行存储。

(2)战术云子系统根据预规划任务和实时态势等信息进行任务动态重规划，然后动态发送任务指令给有关无人机，同时也发送给区块链子系统进行安全存储。

(3)战术云子系统还可以接收来自无人机的态势请求，将无人机所需要的态势信息发送给无人机。

以上所有通信信息都需要进行安全处理，即发送方需要对通信数据进行数字签名和加密运算，接收方需要解密数据并验证对方数字签名。加密所用到的接收方公钥也是通过安全通信获取自区块链子系统，身份认证功能统一由区块链子系统完成。

进一步的，区块链子系统还包括用于接收战术云子系统发送的任务动态指令并进行存储，区块链子系统还用于提供信息加密所用到的接收方公钥。

区块链子系统主要包括以下功能：

(1)区块链子系统实现防篡改存储。区块链子系统用于永久保存作战关键信息，主要包括无人机信息、作战任务信息、用于安全通信的各实体的身份凭证信息、以及作战中识别出的非法无人机信息，区块链可以保证上链信息的分布式防篡改存储。其中，无人机信息、用于安全通信的各实体的身份凭证信息及预规划任务信息来自于地面站子系统，而作战过程中动态重规划的任务来自于战术云子系统，此外，作战过程中未通过身份认证的非法无人机，区块链也对其关键信息进行永久存储。

(2)区块链子系统实现分布式身份认证。

区块链子系统为作战实体之间的安全通信提供某实体的公钥信息，并提供统一的身份认证功能。作战实体之间进行安全通信时，发送方的加密过程需要用到接收方的公钥，区块链子系统需要为此提供该公钥；接收方验证发送方的数字签名时，需要由区块链子系统进行统一的身份认证。

区块链子系统实现分布式身份认证具体包括：首先，构建区块链子系统环境；其次，为战术云子系统、区块链子系统生成公私钥对，为无人机生成DID和公私钥，并将无人机的公私钥和无人机的DID关联，将私钥分配给对应无人机，公钥写入无人机DID文档，并将无人机DID及关联的DID文档、战术云公钥存储到区块链子系统中；其次，无人机与战术云子系统信息交互，其中，无人机发送态势信息内容给战术云子系统；其次，战术云子系统请求身份验证，战术云子系统通过区块链进行无人机的身份认证，发送给区块链消息；其次，区块链验证战术云子系统的身份，区块链子系统根据存储在区块链上的战术云公钥，对来自战术云子系统信息进行解密验证，验证通过则进行下一步无人机的身份验证，验证不通过则丢弃数据，不作处理；最后，区块链子系统验证无人机身份，区块链根据存储在区块链上的DID及DID文档，验证无人机身份信息，并返回结果给战术云子系统。

需要说明的是，上述信息仅出于示例的目的，区块链子系统还可以存储包括其他内容信息，根据需要进行设置，在此不再赘述。

进一步的，战术云子系统还包括接收来自无人机的态势请求信息，将无人机需要的态势请求信息发送给无人机。

无人机信息以及用于安全通信的各实体的身份凭证信息及预规划的任务信息来自于地面站子系统，而作战过程中动态重规划的任务来自于战术云子系统，此外，作战过程中通过安全通信识别出的非法无人机信息，区块链也将对其进行永久存储。另外，为作战实体之间的安全通信提供某实体的公钥信息，并提供统一的身份认证功能。作战实体之间进行安全通信时，发送方的加密过程需要用到接收方的公钥，区块链需要为此提供该公钥；接收方验证发送方的数字签名时，需要由区块链子系统进行统一的身份认证。

本发明的工作过程为：地面站子系统接收录入的无人机信息，并对无人机进行注册，存储作战关键信息，并将作战关键信息、无人机身份信息和预规划任务等信息分别发送到区块链子系统和战术云子系统中，将无人机私钥等信息发送到无人机子系统中，区块链子系统对信息进行永久保存和防篡改加密，并将身份验证结果等信息发送到战术云子系统中，无人机子系统将态势等信息发送到战术云子系统中，战术云子系统进行信息交互后将重规划任务信息和身份验证请求信息反馈给区块链子系统，并将于预规划任务信息、重规划任务信息和处理后的态势信息发送给无人机子系统，无人机子系统将任务下达到无人机中执行。

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式，以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。区块链分布式存储、不可篡改的优势在无人机通信方面有广阔的应用前景。云计算在商业领域得到了广泛应用，军事领域中的应用研究近年来也正在拓展。基于此，本发明实现了结合区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统结构，保证作战中的安全防控。

本发明实施例的一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全体系，充分利用区块链分布式存储、不可篡改的优点，比第三方集中式存储更可靠，提高通信安全性，防止敌机恶意入侵。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本领域技术人员不难理解，本发明包括上述说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，其特征在于，包括地面站子系统、区块链子系统、战术云子系统和无人机子系统；所述地面站子系统用于接收并存储作战关键信息和发送预规划任务信息，进行任务分配；

所述区块链子系统用于接收所述地面站子系统发送的作战关键信息，进行分布式防篡改存储，并进行分布式身份认证；

所述无人机子系统用于接收所述地面站子系统发送的无人机私钥，并进行任务监听，将所述任务信息发送到无人机；

所述战术云子系统用于对所述地面站子系统发送的信息、所述区块链子系统发送的信息和所述无人机子系统发送的信息进行交互。

2.如权利要求1所述的一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，其特征在于，所述地面站子系统还包括将无人机的身份标识信息以及任务的关键信息加密后发送到所述区块链子系统和所述战术云子系统中。

3.如权利要求1所述的一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，其特征在于，所述作战关键信息包括无人机信息、作战任务信息、用于安全通信的身份凭证信息和作战中识别出的非法无人机信息。

4.如权利要求1所述的一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，其特征在于，所述区块链子系统还包括用于为作战实体中安全通信提供公钥信息，并提供统一身份认证。

5.如权利要求1所述的一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，其特征在于，所述战术云子系统还包括用于接收无人机发送的实时态势信息并进行存储，根据预规划任务信息和所述实时态势信息进行任务动态重规划，将重规划的任务动态指令发送给无人机和所述区块链子系统。

6.如权利要求5所述的一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，其特征在于，所述区块链子系统还包括用于提供信息加密所用到的接收方公钥；接收所述战术云子系统发送的任务动态指令并进行存储。

7.如权利要求1所述的一种基于区块链和战术云的无人集群自组作战安全系统，其特征在于，所述战术云子系统还包括接收来自无人机的态势请求信息，将无人机需要的态势请求信息发送给无人机。

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