TWI789943B - 無人機的加密通訊系統及方法 - Google Patents

Abstract

本案係關於一種無人機的加密通訊系統，包含無人機及機地台，無人機包含第一加密模組及第一計時器，基地台包含第二加密模組及第二計時器，基地台架構於以初始飛行指令控制無人機，於初始模式中，基地台之第二加密模組將基地台之初使密碼、飛行核准編碼、初始飛行指令及時間戳記加密為第一密碼及第二密碼，無人機接收第一密碼及第二密碼，無人機將第二密碼解碼為初始飛行指令，並利用解碼後的初始飛行指令、初始密碼、飛行核准編碼以及時間戳記產生第三密碼，當第三密碼與第一密碼一致時，無人機依據飛行指令執行飛行動作。

Description

無人機的加密通訊系統及方法

本案係關於一種加密通訊系統及方法，尤指一種無人機的加密通訊系統及方法。

隨著通訊網路的發展，無人機、自動駕駛車、機器人等應用已日漸廣泛。一般來說，上述通訊網路在傳輸訊息時，常將訊息進行加密以避免駭客入侵而竊取訊息內容，進而影響或控制該通訊網路中的通訊裝置。

現有無人機的通訊加密方法為分別預設一密碼於基地台與無人機，基地台先將使用者下達之指令訊息利用該密碼進行加密，無人機在接收自基地台傳送之加密訊息後，依照預設之密碼將加密訊息解碼為解碼訊息。然而，上述通訊加密方法之密碼較為單一且抗干擾能力較弱，因此訊息容易被竊取或破解，進而影響飛行安全。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術之適用於無人機的加密通訊系統及方法，實為目前迫切之需求。

本案之目的為提供一種無人機的加密通訊系統及方法，其中，無人機利用隨時間變化的密碼規則比對自基地台所傳送的多組密碼以確認飛行指令。藉此，可增加加密訊息的安全性以避免訊息被破解，且增強抗干擾能力，進而保證飛行安全。

根據本案之構想，本案提供一種無人機的加密通訊系統，包含無人機及機地台。無人機包含第一加密模組及第一計時器。基地台架構於以初始飛行指令控制無人機，基地台包含第二加密模組及第二計時器，第一計時器及第二計時器架構於同步產生時間戳記，且時間戳記對應於初始飛行指令之時間。於初始模式中，無人機及基地台分別取得初始密碼及飛行核准編碼，基地台之第二加密模組將初始密碼、飛行核准編碼、初始飛行指令及時間戳記加密為第一密碼，並將初始飛行指令及時間戳記加密為第二密碼，基地台將第一密碼及第二密碼傳輸至無人機。無人機接收第一密碼及第二密碼，無人機之第一加密模組將第二密碼解碼為初始飛行指令，並利用解碼後的初始飛行指令、初始密碼、飛行核准編碼以及時間戳記產生第三密碼，其中，當第三密碼與第一密碼一致時，無人機依據初始飛行指令執行飛行動作。

根據本案之構想，本案提供一種無人機的加密通訊方法，包含步驟：(a)提供無人機及基地台，其中無人機及基地台分別取得初始密碼及飛行核准編碼；(b)利用基地台的加密模組將基地台之初始密碼、飛行核准編碼、飛行指令及時間戳記加密為第一密碼，且將飛行指令及時間戳記加密為第二密碼；(c)傳送第一密碼及第二密碼至無人機；(d)利用無人機之第一加密模組將第二密碼解碼為飛行指令，並利用解碼後的飛行指令、初始密碼、飛行核准編碼及時間戳記產生第三密碼；(e)比對第三密碼與第一密碼是否一致，若比對結果為一致時執行步驟(f)；以及(f)依據飛行指令執行飛行動作。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案之範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

第1圖為本案較佳實施例之適用於無人機的加密通訊系統的架構示意圖。如第1圖所示， 無人機的加密通訊系統1包含無人機2及基地台3。無人機2包含第一加密模組20及第一計時器21。基地台3架構以初始飛行指令控制無人機2，且基地台3包含第二加密模組30及第二計時器31，第一計時器21及第二計時器31架構於同步產生時間戳記，且時間戳記對應於初始飛行指令之時間。其中，無人機2的第一加密模組20及基地台3的第二加密模組30具有相同之加密規則。

無人機的加密通訊系統1具有初始模式，於初始模式中，無人機2及基地台3處於初始狀態，無人機2及基地台3分別取得初始密碼C­ ₀及飛行核准編碼，基地台3之第二加密模組30將基地台3之初始密碼C­ ₀、飛行核准編碼、初始飛行指令及時間戳記加密為第一密碼B，並將初始飛行指令及時間戳記加密為第二密碼BB，基地台3將第一密碼B及第二密碼BB傳輸至無人機2。其中，飛行核准編碼係透過交通部之民航局所配發，但不以此為限，於不同國家中，飛行核准編碼係由各國相關單位所配發。無人機2接收第一密碼B及第二密碼BB，無人機2之第一加密模組20將第二密碼BB解碼為初始飛行指令，且依據解碼後的初始飛行指令、初始密碼C ₀、飛行核准編碼以及時間戳記，第一加密模組20產生第三密碼B’，當第三密碼B’與第一密碼B一致時，無人機2依據初始飛行指令執行飛行動作。

本案之無人機利用隨時間變化的密碼規則比對自基地台所傳送的兩組密碼以確認飛行指令。藉此，可增加加密訊息的安全性以避免訊息被破解，且增強抗干擾能力，進而保證飛行安全。

於一些實施例中，無人機2在第三密碼B’生成時即將其作為無人機2之無人機密碼鏈C ₁，基地台3在第一密碼B生成時即將其作為基地台3之基地台密碼鏈C ₂。且由於第三密碼B’與第一密碼B一致，因此當無人機2將第三密碼B’作為無人機2之無人機密碼鏈C ₁及基地台3將第一密碼B作為基地台3之基地台密碼鏈C ₂時，無人機2之無人機密碼鏈C ₁與基地台3之基地台密碼鏈C ₂為同步更新。

無人機的加密通訊系統1具有飛行指令更新模式，當後續基地台3收到更新之飛行指令時，無人機的加密通訊系統1執行飛行指令更新模式，此時無人機2及基地台3執行類似於初始模式中的加密、傳輸密碼及解密等操作，以下例示說明收到一次更新之飛行指令時的具體運作情況。當基地台3收到更新飛行指令時，基地台3之第二加密模組30將基地台密碼鏈C ₂、飛行核准編碼、更新飛行指令及時間戳記加密為第一指令更新密碼D，並將更新飛行指令及時間戳記加密為第二指令更新密碼DD，基地台3將第一指令更新密碼D及第二指令更新密碼DD傳輸至無人機2。無人機2接收第一指令更新密碼D及第二指令更新密碼DD，無人機2之第一加密模組20將第二指令更新密碼DD解碼為更新飛行指令，且依據解碼後的更新飛行指令、無人機密碼鏈C ₁、飛行核准編碼以及時間戳記，第一加密模組20產生第三指令更新密碼D’。當第三指令更新密碼D’與第一指令更新密碼D一致時，無人機2依據更新飛行指令執行飛行動作。此外，無人機2在第三指令更新密碼D’ 生成時即將其作為無人機2之無人機密碼鏈C ₁，基地台3在第一指令更新密碼D生成時即將其作為基地台3之基地台密碼鏈C ₂。且由於第三指令更新密碼D’與第一指令更新密碼D一致，因此當無人機2將第三指令更新密碼D’作為無人機2之無人機密碼鏈C ₁及基地台3將第一指令更新密碼D作為基地台密碼鏈C ₂時，無人機2之無人機密碼鏈C ₁與基地台3之基地台密碼鏈C ₂為同步更新。

無人機的加密通訊系統1具有密碼更新模式，當基地台3在一段間隔時間後仍未接收到更新之飛行指令時，無人機的加密通訊系統1執行密碼更新模式。於密碼更新模式中，基地台3之第二加密模組30將基地台密碼鏈C ₂、飛行核准編碼、預設飛行指令及時間戳記加密為第一密碼更新密碼E，無人機2利用無人機2之第一加密模組20將無人機密碼鏈C ₁、飛行核准編碼、預設飛行指令及時間戳記加密為第三密碼更新密碼E’。此外，無人機2在第三密碼更新密碼E’ 生成時即將其作為無人機2之無人機密碼鏈C ₁，基地台3在第一密碼更新密碼E生成時即將其作為基地台3之基地台密碼鏈C ₂。第一密碼更新密碼E與第三密碼更新密碼E’由於未收到更新之飛行指令，因此第一密碼更新密碼E與第三密碼更新密碼E’一致。此外，由於第三密碼更新密碼E’與第一密碼更新密碼E一致，因此當無人機2將第三密碼更新密碼E’作為無人機2之無人機密碼鏈C ₁及基地台3將第一密碼更新密碼E作為基地台3之基地台密碼鏈C ₂時，無人機2之無人機密碼鏈C ₁與基地台3之基地台密碼鏈C ₂為同步更新。其中，無人機2及基地台3之預設飛行指令為不包含任何使無人機2之飛行動作產生變化之指令。

本實施例之無人機的加密通訊系統1具有初始模式、飛行指令更新模式及密碼更新模式，基地台3在初始控制無人機2時首先執行初始模式，並於執行初始模式時分別更新無人機2及基地台3之無人機密碼鏈C­ ₁及基地台密碼鏈C ₂。基地台3於收到更新之飛行指令時，無人機的加密通訊系統1係執行飛行指令更新模式，並於執行飛行指令更新模式時分別更新無人機2及基地台3之無人機密碼鏈C ₁及基地台密碼鏈C ₂。基地台3在一段間隔時間後仍未接收到更新之飛行指令時，無人機的加密通訊系統1係執行密碼更新模式，並於執行完密碼更新模式時分別更新無人機2及基地台3之無人機密碼鏈C ₁及基地台密碼鏈C ₂。

本案之無人機利用隨時間變化的密碼規則比對自基地台所傳送的兩組密碼以確認飛行指令，且在未收到更新之飛行指令時，仍利用動態變化的密碼規則持續分別更新無人機及基地台之無人機密碼鏈及基地台密碼鏈。藉此，可增加加密訊息的安全性以避免訊息被破解，且增強抗干擾能力，進而保證飛行安全。

於初始模式中，無人機2及基地台3可例如但不限於透過電子傳輸、無線傳輸、有線傳輸、口頭傳輸或書面傳輸等方式取得初始密碼C ₀。

基地台3接收飛行指令之方式包含透過使用者對基地台3之手動控制或由基地台3自動控制下達飛行指令。此外，於一些實施例中，基地台3及無人機2之間的通訊方式可為例如但不限於無線傳輸、微波傳輸或有線傳輸。

基地台3之第二計時器31生成一時間簽名，且基地台3將時間簽名傳輸至無人機2，無人機2接收時間簽名，並利用時間簽名校準及同步無人機2之第一計時器21，藉此使無人機2及基地台3之時間同步。

於一些實施例中，飛行指令所包含之飛行動作為向前飛行、向後飛行、向左飛行、向右飛行、向上飛行、向下飛行、旋轉飛行、加速飛行、減速飛行、起飛及降落中的至少一個。

於一些實施例中，無人機2之第一加密模組20及基地台3之第二加密模組30於初始模式中分別產生之第一密碼及第三密碼分別為一種區塊鏈密碼，無人機2之第一加密模組20及基地台3之第二加密模組30於飛行指令更新模式中分別產生之第一指令更新密碼及第三指令更新密碼分別為一種區塊鏈密碼，無人機2之第一加密模組20及基地台3之第二加密模組30於密碼更新模式中分別產生之第一密碼更新密碼及第三密碼更新密碼分別為一種區塊鏈密碼。其中，每個區塊鏈密碼包含父密碼與子密碼，加密模組於時間上較晚產生之密碼的父密碼為時間上前次產生之密碼的子密碼。舉例來說，在無人機的加密通訊系統1在執行初始模式後即執行密碼更新模式的情況下，對應地由第二加密模組30先後產生第三密碼B’及第三密碼更新密碼E’，其中第三密碼更新密碼E’之父密碼即為第三密碼B’之子密碼。

於一些實施例中，無人機的加密通訊系統1包含複數個無人機2及複數個基地台3，其中，每一個無人機2中的第一加密模組20及每一個基地台3中的第二加密模組30在本實施例中係具有相同之加密規則。每一個基地台3分別覆蓋對應之訊號範圍，任一基地台3可以對飛行於對應之訊號範圍內的無人機2進行如上所述之加密、傳輸密碼、解密及更新密碼鏈等操作。此外，當無人機2飛行至其他基地台3之訊號範圍時，該無人機2停止與前個基地台之加密、傳輸密碼、解密及更新密碼鏈等操作並開始與新的基地台3進行加密、傳輸密碼、解密及更新密碼鏈等操作，以實現無人機2在空中的基地台控制權轉換而不會中斷飛行。於一些實施例中，無人機的加密通訊系統1包含一個基地台3及複數個個無人機2，該基地台3可以同時對複數個無人機2進行加密、傳輸密碼、解密及更新密碼鏈等操作。

第2圖為本案較佳實施例之無人機的加密通訊方法的流程圖，本案之無人機的加密通訊方法係適用於前述之無人機的加密通訊系統1。如第2圖所示，本案之無人機的加密通訊方法包括以下步驟。於步驟S1中，提供無人機2及基地台3，其中無人機2及基地台3分別取得初始密碼C ₀及飛行核准編碼。於步驟S2中，利用基地台3的第二加密模組30將初始密碼C ₀、飛行核准編碼、飛行指令及時間戳記加密為第一密碼B，且將飛行指令及時間戳記加密為第二密碼BB。於步驟S3中，傳送第一密碼B及第二密碼BB至無人機2。於步驟S4中，利用無人機2之第一加密模組20將第二密碼BB解碼為飛行指令，並利用解碼後的飛行指令、初始密碼C ₀、飛行核准編碼及時間戳記產生第三密碼B’。於步驟S5中，比對第三密碼B’與第一密碼B是否一致，若比對結果為一致時執行步驟S6。於步驟S6中，依據飛行指令執行飛行動作。

於一些實施例中，於步驟S4中，無人機2在第三密碼B’ 生成時即將其作為無人機2之無人機密碼鏈C ₁，基地台3在第一密碼B生成時即將其作為基地台3之基地台密碼鏈C ₂。

第3圖為本案另一較佳實施例之無人機的加密通訊方法的流程圖，本案之無人機的加密通訊方法係適用於前述之無人機的加密通訊系統1，其中與第2圖中相似之步驟係以相同標號表示，故於此不再贅述。如第3圖所示，本案之無人機的加密通訊方法於步驟S6後還包含以下步驟：於步驟S7中，判斷是否收到更新之飛行指令，若判斷結果為是時，執行步驟S9，若判斷結果為否時，執行步驟S8。於步驟S8中，利用基地台3之第二加密模組30將基地台密碼鏈C ₂、飛行核准編碼、預設飛行指令及時間戳記加密為第一密碼更新密碼E，利用無人機2之第一加密模組20將無人機密碼鏈C ₁、飛行核准編碼、預設飛行指令及時間戳記加密為第三密碼更新密碼E’， 無人機2在第三密碼更新密碼E’ 生成時即將其作為無人機2之無人機密碼鏈C ₁，基地台3在第一密碼更新密碼E生成時即將其作為基地台3之基地台密碼鏈C ₂，並再次執行步驟S7。於步驟S9中，利用基地台3之第二加密模組30將基地台密碼鏈C ₂、飛行核准編碼、更新飛行指令及時間戳記加密為第一指令更新密碼D，並將更新飛行指令及時間戳記加密為第二指令更新密碼DD。於步驟S10中，傳送第一指令更新密碼D及第二指令更新密碼DD至無人機2。於步驟S11中，利用第一加密模組20將第二指令更新密碼DD解碼為更新飛行指令，且利用解碼後的更新飛行指令、無人機密碼鏈C ₁、飛行核准編碼以及時間戳記，第一加密模組20產生第三指令更新密碼D’。於步驟S12中，比對第三指令更新密碼D’與第一指令更新密碼D是否一致，若比對結果為一致時執行步驟S13。於步驟S13中，依據更新飛行指令執行飛行動作。

綜上所述，本案提供一種無人機的加密通訊系統及方法，其中，無人機利用隨時間變化的密碼規則比對自基地台所傳送的多組密碼以確認飛行指令。藉此，可增加加密訊息的安全性以避免訊息被破解，且增強抗干擾能力，進而保證飛行安全。

須注意，上述僅是為說明本案而提出之較佳實施例，本案不限於所述之實施例，本案之範圍由如附專利申請範圍決定。且本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附專利申請範圍所欲保護者。

1:加密通訊系統

2:無人機

20:第一加密模組

21:第一計時器

3:基地台

30:第二加密模組

31:第二計時器

C ₀:初始密碼

C ₁:無人機密碼鏈

C ₂:基地台密碼鏈

B:第一密碼

BB:第二密碼

B’:第三密碼

D:第一指令更新密碼

DD:第二指令更新密碼

D’:第三指令更新密碼

E:第一密碼更新密碼

E’:第三密碼更新密碼

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S100:步驟

第1圖為本案較佳實施例之無人機的加密通訊系統的架構示意圖。

第2圖為本案較佳實施例之無人機的加密通訊方法的流程圖。

第3圖為本案另一較佳實施例之無人機的加密通訊方法的流程圖。

1:加密通訊系統

2:無人機

20:第一加密模組

21:第一計時器

3:基地台

30:第二加密模組

31:第二計時器

Claims (13)

1. 一種無人機的加密通訊系統，包含：一無人機，包含一第一加密模組及一第一計時器；以及一基地台，架構於以一初始飛行指令控制該無人機，其中該基地台包含一第二加密模組及一第二計時器，該第一計時器與該第二計時器架構於同步產生一時間戳記，且該時間戳記對應於該初始飛行指令之時間；其中，該無人機的加密通訊系統具有一初始模式，於該初始模式中，該無人機及該基地台分別取得一初始密碼及一飛行核准編碼，該基地台之該第二加密模組將該初始密碼、該飛行核准編碼、該初始飛行指令及該時間戳記加密為一第一密碼，並將該初始飛行指令及該時間戳記加密為一第二密碼，該基地台將該第一密碼及該第二密碼傳輸至該無人機，該無人機接收該第一密碼及該第二密碼，該無人機之該第一加密模組將該第二密碼解碼為該初始飛行指令，並利用解碼後的該初始飛行指令、該初始密碼、該飛行核准編碼及該時間戳記以該第一加密模組產生一第三密碼，其中，當該第三密碼與該第一密碼一致時，該無人機依據該初始飛行指令執行一飛行動作。
2. 如請求項1之無人機的加密通訊系統，其中，該無人機在該第三密碼生成時即將其作為該無人機之一無人機密碼鏈，該基地台在該第一密碼生成時即將其作為該基地台之一基地台密碼鏈。
3. 如請求項2之無人機的加密通訊系統，其中，該無人機的加密通訊系統具有一飛行指令更新模式，於該飛行指令更新模式中，該 基地台收到一更新飛行指令，該基地台之該第二加密模組將該基地台密碼鏈、該飛行核准編碼、該更新飛行指令及該時間戳記加密為一第一指令更新密碼，並將該更新飛行指令及該時間戳記加密為一第二指令更新密碼，該基地台將該第一指令更新密碼及該第二指令更新密碼傳輸至該無人機，該無人機接收該第一指令更新密碼及該第二指令更新密碼，該無人機之該第一加密模組將該第二指令更新密碼解碼為該更新飛行指令，並利用解碼後的該更新飛行指令、該無人機密碼鏈、該飛行核准編碼以及該時間戳記，該第一加密模組產生一第三指令更新密碼，其中，當該第三指令更新密碼與該第一指令更新密碼一致時，該無人機依據該更新飛行指令執行一飛行動作，該無人機在該第三指令更新密碼生成時即將其作為該無人機密碼鏈，該基地台在該第一指令更新密碼生成時即將其作為該基地台密碼鏈。
4. 如請求項2之無人機的加密通訊系統，其中，該無人機的加密通訊系統具有一密碼更新模式，於該密碼更新模式中，該基地台之該第二加密模組將該基地台密碼鏈、該飛行核准編碼、一預設飛行指令及該時間戳記加密為一第一密碼更新密碼，該無人機利用該無人機之該第一加密模組將該無人機密碼鏈、該飛行核准編碼、該預設飛行指令及該時間戳記加密為一第三密碼更新密碼，該無人機在該第三密碼更新密碼生成時即將其作為該無人機密碼鏈，該基地台在該第一密碼更新密碼生成時即將其作為該基地台密碼鏈。
5. 如請求項4之無人機的加密通訊系統，其中，於該密碼更新模式中，該無人機及該基地台之該預設飛行指令為不包含任何使該無人機之該飛行動作產生變化之指令。
6. 如請求項1之無人機的加密通訊系統，其中，該第二計時器生成一時間簽名，該基地台將該時間簽名傳輸至該無人機，該無人機接收該時間簽名，並利用該時間簽名校準及同步該第一計時器。
7. 如請求項1之無人機的加密通訊系統，其中，該飛行指令包含之該飛行動作為向前、向後、向左、向右、向上、向下、加速飛行、減速飛行、起飛及降落中的至少一個。
8. 如請求項1之無人機的加密通訊系統，該無人機的加密通訊系統包含複數個無人機及複數個基地台，每一該基地台分別覆蓋一訊號範圍，任一該基地台對飛行於該訊號範圍內之該無人機進行加密、傳輸密碼、解密及更新密碼鏈等操作。
9. 一種無人機的加密通訊方法，包含步驟：(a)提供一無人機及一基地台，其中該無人機及該基地台分別取得一初始密碼及一飛行核准編碼；(b)利用該基地台的一第二加密模組將該初始密碼、該飛行核准編碼、一飛行指令及該時間戳記加密為一第一密碼，且將該飛行指令及該時間戳記加密為一第二密碼；(c)傳送該第一密碼及該第二密碼至該無人機；(d)利用該無人機之一第一加密模組將該第二密碼解碼為該飛行指令，並利用解碼後的該飛行指令、該初始密碼、該飛行核准編碼及該時間戳記產生一第三密碼； (e)比對該第三密碼與該第一密碼是否一致，若比對結果為一致時執行步驟(f)；以及(f)依據該飛行指令執行一飛行動作。
10. 如請求項9之無人機的加密通訊方法，其中於該步驟(d)中，該無人機在該第三密碼生成時即將其作為該無人機之一無人機密碼鏈，該基地台在該第一密碼生成時即將其作為該基地台之一基地台密碼鏈。
11. 如請求項9之無人機的加密通訊方法，其中，該第二計時器生成一時間簽名，該基地台將該時間簽名傳輸至該無人機，該無人機接收該時間簽名，並利用該時間簽名校準及同步該第一計時器。
12. 如請求項9之無人機的加密通訊方法，其中，該飛行指令包含之該飛行動作為為向前、向後、向左、向右、向上、向下、加速飛行、減速飛行、起飛及降落中的至少一個。
13. 如請求項9之無人機的加密通訊方法，其中於該步驟(a)中更包含提供複數個該無人機及複數個該基地台，其中每一該基地台分別覆蓋一訊號範圍，任一該基地台對飛行於該訊號範圍內之該無人機進行加密、傳輸密碼、解密及更新密碼鏈等操作。

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