TWM519864U - 無人飛行器之駕駛身分認證系統 - Google Patents

無人飛行器之駕駛身分認證系統 Download PDF

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unmanned aerial
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Tzu-Lan Shen
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Nuvoton Technology Corp
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Description

無人飛行器之駕駛身分認證系統
本創作是關於一種駕駛身分認證系統，特別是關於一種利用駕照憑證模組與飛控模組連接進行驗證，確認駕駛無人飛行器之駕駛員所擁有駕照是否有效之身分認證系統。
近年來，由於科技技術持續進步，無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)的應用範圍也逐漸擴展，除了習知軍事上用於攻擊的無人戰機外，在各種科學觀測、偵查或是應用於搜救援助時所使用之無人飛機，也在逐步的發展當中。不過，與一般民眾最為接近的無人飛行載具，就屬越來越常見的空拍機，利用在無人飛行器上裝設攝影裝置，於升空後進行拍攝。上述這些無人飛行載具當中，其共同的特點就是不需駕駛員在飛行器上駕駛，而是利用遙控方式操控這些飛行器，這使得無人飛行器相較於一般飛行器，具有輕量化、製造成本低、靈活性高等特性。
然而，這些無人飛行器在空中飛行時，相較於地面上的交通運輸工具，其速度及高度都明顯高出許多，相對的，駕駛員所需具備的操控技能也必須有較高的要求。相較於軍事用途上之無人飛機有較明確的操作訓練，一般商業用途的無人飛行器，往往並沒有類似規範，因此如空拍機操作不慎衝撞建築物或是操作疏失而導致飛行器掉落之意外時有所聞。因此，除了加強對操作無人飛行器之規範外，針對操控之駕駛員的要求，也必須進一步提升。
有鑑於此，在實際操控無人飛行器前，必須增加對無人飛行器駕駛員的訓練，使其取得足夠的駕駛員資格後，才允許其駕駛無人飛行器。在這當中，無人飛行器如何辨識操作的人員具有合格的駕駛資格認證，將是本創作所要解決的主要問題，也是今後在設計無人飛行器上不可或缺的部分。因此，本創作之創作人思索並設計一種無人飛行器之駕駛身分認證系統，針對現有技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。
有鑑於上述習知技藝之問題，本創作之目的就是在提供一種無人飛行器之駕駛身分認證系統，以解決習知之無人飛行器無法驗證駕駛之資格，使得不具操縱資格之駕駛也能操作無人飛行器，進而造成意外發生之問題。
根據本創作之一目的，提出一種無人飛行器之駕駛身分認證系統，其包含飛控模組以及駕照憑證模組，飛控模組是用於操控無人飛行器，而駕照憑證模組則藉由連接介面與飛控模組連接。其中，飛控模組包含第一加解密單元以及第一儲存單元。第一加解密單元產生隨機亂數碼，第一儲存單元儲存金鑰及隨機亂數碼，並且儲存駕照註冊表，駕照註冊表記錄複數個合格憑證識別碼。駕照憑證模組包含第二儲存單元以及第二加解密單元。第二儲存單元儲存代表駕駛員身分之駕照憑證識別碼，第二加解密單元接收隨機亂數碼，將隨機亂數碼與駕照憑證識別碼加密後，回傳至第一加解密單元。第一加解密單元利用金鑰解密後，確認隨機亂數碼是否與原先產生的相同，再比對駕照憑證識別碼是否在複數個合格憑證識別碼當中，以完成駕駛員之身分認證，進而使駕駛員能啟動無人飛行器。
較佳地，金鑰可包含主控公鑰及主控私鑰，第一加解密單元將主控公鑰與隨機亂數碼一同傳送至第二加解密單元，由第二加解密單元利用主控公鑰對隨機亂數碼與駕照憑證識別碼加密，回傳至第一加解密單元，利用主控私鑰解密隨機亂數碼與駕照憑證識別碼。
較佳地，金鑰可包含主控公鑰及主控私鑰，第一加解密單元利用主控公鑰加密隨機亂數碼，將加密後之隨機亂數碼傳送至第二加解密單元。
較佳地，第二儲存單元可儲存主控公鑰及第一私密金鑰，第二加解密單元利用主控公鑰將駕照憑證識別碼加密，並利用第一私密金鑰將隨機亂數碼加密，回傳至第一加解密單元，第一加解密單元利用主控私鑰解密駕照憑證識別碼，並尋找儲存於第一儲存單元中，與該第一私密金鑰對應之第二私密金鑰，利用第二私密金鑰解密隨機亂數碼。
較佳地，連接介面可包含通用序列匯流排(Universal Serial Bus, USB)介面、串列周邊介面(Serial Peripheral Interface, SPI)或積體電路匯流排(Inter-Integrated Circuit, I 2C)介面。
較佳地，無人飛行器可進一步包含全球定位系統(Global Positioning System, GPS)。
較佳地，第一儲存單元可儲存合格地區碼，比對全球定位系統偵測所在地之位置地區碼是否符合合格地區碼，確認是否允許飛控模組啟動無人飛行器。
較佳地，駕照憑證識別碼可包含發照地區碼，比對發照地區碼是否符合位置地區碼，確認完成駕駛員之身分認證，進而使駕駛員能啟動無人飛行器。
較佳地，駕駛身分認證系統可進一步包含駕照憑證伺服器，記錄取得駕照憑證識別碼之駕駛員及駕照憑證識別碼。
較佳地，第一儲存單元可連接至駕照憑證伺服器，以更新駕照註冊表所記錄之複數個合格憑證識別碼。
承上所述，依本創作之無人飛行器之駕駛身分認證系統，其可具有一或多個下述優點：
(1) 此無人飛行器之駕駛身分認證系統能認證合格的駕駛身分，使得具有合格駕照憑證之駕駛才能啟動及操控無人飛行器，降低意外發生率並提升無人飛行器之安全性。
(2) 此無人飛行器之駕駛身分認證系統能透過金鑰加密及解密傳輸的代碼，避免有心人士竊取合格駕駛之駕照憑證識別碼，降低駕照憑證被盜用之風險。
(3) 此無人飛行器之駕駛身分認證系統能藉由USB或其他適當的傳輸介面連接飛控模組及駕照憑證模組，增加身分認證的效率及便利性，無須加裝特殊的辨識裝置而影響無人飛行器之結構設計。
為利貴審查委員瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱第1圖，其係為本創作之無人飛行器之駕駛身分認證系統之示意圖。如圖所示，駕駛身分認證系統包含了無人飛行器10以及待進行駕駛身分認證之駕駛員11。無人飛行器10包含內部之飛控模組12及電源供應模組13，飛控模組12可為包含處理器、天線、無線傳輸裝置等元件之控制器，藉由如充電電池之電源供應模組13提供控制器操作所需之電源。飛控模組12連接至無人飛行器之動力裝置及起降裝置，例如各軸螺旋槳14及啟動馬達等，經由無線接收之指令轉換成操作指令來操控無人飛行器10之起降及飛行。此處無人飛行器10之起降及飛行方式並非侷限於多軸螺旋槳式之空拍機，凡能經由遙控操作而非實際人員於機上駕駛之無人飛行器均包含於本創作當中，但因無人飛行器之種類並非本創作之重點，因此並未多加描述，僅以空拍機為例來加以說明。
在以往習知的無人飛行器10當中，駕駛員11只要開啟電源供應模組13，例如打開電源開關，即可啟動無人飛行器10，再利用遙控器之操作來控制無人飛行器10之起降及飛行。然而上述操作方式無法限制駕駛員11之操控能力，任何人均可啟動無人飛行器10並操作無人飛行器之飛行。因此，在本實施例之駕駛身分認證系統當中，設計飛控模組12所具有之連接介面15，必須連接駕駛員11之駕照憑證模組16，通過驗身分認證後才能啟動無人飛行器10。這裡所述之駕照憑證模組16，可為通用序列匯流排(Universal Serial Bus, USB)介面之儲存裝置，配合連接介面15之USB插槽，將駕照憑證模組16與飛控模組12連接以進行身分認證。但本創作不以此為限，連接介面15亦可為串列周邊介面(Serial Peripheral Interface, SPI)或積體電路匯流排(Inter-Integrated Circuit, I 2C)介面等其他外圍介面，而儲存駕照憑證模組16之儲存裝置再以對應之傳輸線與其連接。至於詳細之身分認證系統，將於以下實施例中詳細說明。
請參閱第2圖，其係為本創作之無人飛行器之駕駛身分認證系統之實施例之示意圖。如圖所示，本實施例中之駕駛身分認證系統包含飛行器當中之飛控模組20以及駕駛員之駕照憑證模組30，飛控模組20可為飛行器之控制器，而駕照憑證模組30可為USB儲存裝置，利用USB之連接介面40與飛控模組20連接。飛控模組20當中設置第一加解密單元21以及第一儲存單元22，第一加解密單元21可為進行加解密之晶片，例如可信任平台模組(Trusted Platform Module, TPM)晶片；第一儲存單元22則可為快閃記憶體或是各種形式之記憶卡。第一加解密單元21可產生一個隨機亂數碼220儲存於第一儲存單元22當中，此隨機亂數碼依照不同驗證時間產生不同驗證碼，增加駕駛身分認證系統之安全性。除此之外，第一儲存單元22還可儲存加解密之金鑰以及合格的憑證識別碼，在本實施例當中，金鑰包含主控公鑰221及主控私鑰222，而所有的合格憑證識別碼則形成駕照註冊表223，作為後續加解密及比對身分之相關資訊。
同樣參閱第2圖，與飛控模組20透過連接介面40連接的駕照憑證模組30，則包含第二儲存單元31以及第二加解密單元32。其中，第二儲存單元31可為USB儲存裝置當中之快閃記憶體，或者是適用於其他連接介面之記憶媒體；第二加解密單元32則與第一加解密單元21類似，可為進行加解密之晶片，例如TPM晶片。第二儲存單元31當中，紀錄了駕駛員的駕照憑證識別碼310，此為代表駕駛員通過訓練機構完成駕駛無人飛行器訓練後，由訓練機構或認證機構所發行之駕照憑證代碼，其可直接燒錄在如USB儲存裝置當中，避免被重複複製使用。
在本實施例中，當飛控模組20與駕照憑證模組30連接後，飛控模組20會分別傳送主控公鑰221(傳送步驟41)及產生之隨機亂數碼220(傳送步驟42)至駕照憑證模組30，第二加解密單元32接收到隨機亂數碼220後，利用主控公鑰221對隨機亂數碼220與本身之駕照憑證識別碼310進行加密，再將加密的資料回傳至飛控模組20(傳送步驟43)。飛控模組20收到後，利用金鑰將加密資料解密後，比對駕照憑證識別碼310是否合格，以驗證使用此駕照憑證模組30之駕駛員是否具有資格啟動無人飛行器。更詳細說明身分認證之方式，第一加解密單元21利用主控私鑰222對收到的加密資料解密，以取得原本之隨機亂數碼220及駕照憑證識別碼310，先確認解密後之隨機亂數碼220是否與原先產生並送至駕照憑證模組30的相同，若不相同，則視為驗證不一致，停止身分認證，無法啟動無人飛行器。若相同，則進一步比對解密後之駕照憑證識別碼310，是否出現在駕照註冊表223當中之合格憑證識別碼當中，若未出現，則視為非合格之駕駛員，無法啟動無人飛行器。若駕照憑證識別碼310出現在駕照註冊表223當中，則視為完成駕駛員之駕駛身分認證，進而啟動無人飛行器做進一步之操控。
請參閱第3圖，其係為本創作之無人飛行器之駕駛身分認證系統之另一實施例之示意圖。如圖所示，本實施例中之駕駛身分認證系統包含飛行器當中之飛控模組20以及駕駛員之駕照憑證模組30，其中與前一實施例類似部分以相同之符號標記，詳細內容將不重複描述。本實施例與前一實施例差異主要在於，第一加解密單元21產生之隨機亂數碼220，先經過主控公鑰221加密過後才傳送至駕照憑證模組30(傳送步驟44)，因此，即便傳送過程當中被攔截，外人也無法得知實際的隨機亂數碼220為何，後續的身分認證程序也不會被破解。再者，駕照憑證模組30接收到加密之隨機亂數碼220後，則利用儲存之金鑰(例如主控公鑰311)進行解密，進一步再利用主控公鑰311對駕照憑證識別碼310進行加密，並利用另一儲存的第一私密金鑰312對隨機亂數碼220進行加密，再分別傳送加密過之駕照憑證識別碼310(傳送步驟45)隨機亂數碼220(傳送步驟46)至飛控模組20。由於兩種代碼加密之金鑰不同，因此更進一步增加了被破解冒用之困難度，同時，第一加解密單元21可利用第一儲存單元22當中之主控私鑰222解密駕照憑證識別碼310，並尋找儲存於第一儲存單元22當中，與第一私密金鑰312對應之第二私密金鑰224，利用第二私密金鑰224來解密隨機亂數碼220。第一儲存單元22當中可儲存多組的第二私密金鑰224，形成私密金鑰的資料庫，以適用於使用不同第一私密金鑰312的駕駛員。解密過後同樣先確認隨機亂數碼220是否一致，再比對駕照憑證識別碼310是否在駕照註冊表當中，以完成駕駛員身分的認證。
請參閱第4圖，其係為本創作之無人飛行器之駕駛身分認證系統之又一實施例之示意圖。如圖所示，無人飛行器可進一步包含全球定位系統(Global Positioning System, GPS)50，其可偵測無人飛行器所在地之位置地區碼500，此位置地區碼500代表無人飛行器所處之國家、城市或地區，依製造時之設計而定。同時在飛控模組20當中之第一儲存單元22，儲存無人飛行器之合格地區碼225，此設計是為了限制無人飛行器所能使用之區域，避免無限制之使用。若是偵測之位置地區碼500無法符合儲存之合格地區碼225，則飛控模組20將無法啟動無人飛行器。同樣地，本實施例之全球定位系統50，亦可用於駕駛員之身分認證當中。駕駛員所用有的駕照憑證模組30，在第二儲存單元31中除了儲存駕照憑證識別碼310外，也可儲存發照地區碼313。當發照地區碼313與偵測到之位置地區碼500相同時，飛控模組20才能完成身分認證，進而啟動無人飛行器。相反的，若是不符合，則無法啟動無人飛行器。此驗證是避免駕駛員僅取得單一地區之駕駛資格，卻用於其他地區，由於各地區對於無人飛行器之法規限制可能有所差異，因此駕照憑證識別碼310無法跨區使用。
同樣參閱第4圖，無人飛行器之駕駛身分認證系統可進一步包含駕照憑證伺服器51，此駕照憑證伺服器51可設置於發行駕駛員駕照之主管單位，當駕駛員通過訓練或測驗取得駕駛資格時，會在駕照憑證伺服器51產生對應此駕駛員之駕照憑證識別碼510，此駕照憑證識別碼510可燒錄於駕照憑證模組30當中，發給合格之駕駛員。而無人飛行器之製造商，則在生產時連接至駕照憑證伺服器51取得合格之駕駛員資料，將對應之駕照憑證識別碼作為合格憑證識別碼儲存於飛控模組20之第一儲存單元22當中，形成駕照註冊表223。無人飛行器也可定期連線至駕照憑證伺服器51更新駕駛員及駕照憑證識別碼之資訊，以確保記錄的資訊均代表為合格之駕駛員。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10‧‧‧無人飛行器
11‧‧‧駕駛員
12、20‧‧‧飛控模組
13‧‧‧電源供應模組
14‧‧‧螺旋槳
15、40‧‧‧連接介面
16、30‧‧‧駕照憑證模組
21‧‧‧第一加解密單元
22‧‧‧第一儲存單元
31‧‧‧第二儲存單元
32‧‧‧第二加解密單元
41~43、44~46‧‧‧傳送步驟
50‧‧‧全球定位系統
51‧‧‧駕照憑證伺服器
220‧‧‧隨機亂數碼
221、311‧‧‧主控公鑰
222‧‧‧主控私鑰
223‧‧‧駕照註冊表
224‧‧‧第二私密金鑰
225‧‧‧合格地區碼
310、510‧‧‧駕照憑證識別碼
312‧‧‧第一私密金鑰
313‧‧‧發照地區碼
500‧‧‧位置地區碼
第1圖係為本創作之無人飛行器之駕駛身分認證系統之示意圖。
第2圖係為本創作之無人飛行器之駕駛身分認證系統之實施例之方塊圖。
第3圖係為本創作之無人飛行器之駕駛身分認證系統之另一實施例之方塊圖。
第4圖係為本創作之無人飛行器之駕駛身分認證系統之又一實施例之方塊圖。
20‧‧‧飛控模組
21‧‧‧第一加解密單元
22‧‧‧第一儲存單元
30‧‧‧駕照憑證模組
31‧‧‧第二儲存單元
32‧‧‧第二加解密單元
40‧‧‧連接介面
41~43‧‧‧傳送步驟
220‧‧‧隨機亂數碼
221‧‧‧主控公鑰
222‧‧‧主控私鑰
223‧‧‧駕照註冊表
310‧‧‧駕照憑證識別碼

Claims (10)

  1. 一種無人飛行器之駕駛身分認證系統，其包含： 一飛控模組，係用於操控該無人飛行器，該飛控模組包含： 一第一加解密單元，該第一加解密單元產生一隨機亂數碼；以及 一第一儲存單元，該第一儲存單元儲存一金鑰及該隨機亂數碼，並且儲存一駕照註冊表，該駕照註冊表係記錄複數個合格憑證識別碼；以及 一駕照憑證模組，係藉由一連接介面與該飛控模組連接，該駕照憑證模組包含： 一第二儲存單元，係儲存代表一駕駛員身分之一駕照憑證識別碼；以及 一第二加解密單元，該第二加解密單元接收該隨機亂數碼，將該隨機亂數碼與該駕照憑證識別碼加密後，回傳至該第一加解密單元； 其中，該第一加解密單元利用該金鑰解密後，確認該隨機亂數碼是否與原先產生的相同，再比對該駕照憑證識別碼是否在該複數個合格憑證識別碼當中，以完成該駕駛員之身分認證，進而使該駕駛員能啟動該無人飛行器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無人飛行器之駕駛身分認證系統，其中該金鑰包含一主控公鑰及一主控私鑰，該第一加解密單元將該主控公鑰與該隨機亂數碼一同傳送至該第二加解密單元，由該第二加解密單元利用該主控公鑰對該隨機亂數碼與該駕照憑證識別碼加密，回傳至該第一加解密單元，利用該主控私鑰解密該隨機亂數碼與該駕照憑證識別碼。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無人飛行器之駕駛身分認證系統，其中該金鑰包含一主控公鑰及一主控私鑰，該第一加解密單元利用該主控公鑰加密該隨機亂數碼，將加密後之該隨機亂數碼傳送至該第二加解密單元。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之無人飛行器之駕駛身分認證系統，其中該第二儲存單元儲存該主控公鑰及一第一私密金鑰，該第二加解密單元利用該主控公鑰將該駕照憑證識別碼加密，並利用該第一私密金鑰將該隨機亂數碼加密，回傳至該第一加解密單元，該第一加解密單元利用該主控私鑰解密該駕照憑證識別碼，並尋找儲存於該第一儲存單元中，與該第一私密金鑰對應之一第二私密金鑰，利用該第二私密金鑰解密該隨機亂數碼。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無人飛行器之駕駛身分認證系統，其中該連接介面包含通用序列匯流排介面、串列周邊介面或積體電路匯流排介面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之無人飛行器之駕駛身分認證系統，該無人飛行器進一步包含一全球定位系統。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之無人飛行器之駕駛身分認證系統，其中該第一儲存單元儲存一合格地區碼，比對該全球定位系統偵測所在地之一位置地區碼是否符合該合格地區碼，確認是否允許該飛控模組啟動該無人飛行器。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之無人飛行器之駕駛身分認證系統，其中該駕照憑證識別碼包含一發照地區碼，比對該發照地區碼是否符合該位置地區碼，確認完成該駕駛員之身分認證，進而使該駕駛員能啟動該無人飛行器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之無人飛行器之駕駛身分認證系統，進一步包含一駕照憑證伺服器，記錄取得該駕照憑證識別碼之該駕駛員及該駕照憑證識別碼。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之無人飛行器之駕駛身分認證系統，其中該第一儲存單元連接至該駕照憑證伺服器，以更新該駕照註冊表所記錄之該複數個合格憑證識別碼。
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