1.一种基于位置密钥低轨卫星抗量子接入认证的卫星通信方法,其特征在于,包括:构建低轨卫星通信系统,该系统包括控制中心、用户设备、低轨卫星;用户设备和低轨卫星向控制中心发起认证注册请求;注册成功后的用户设备与低轨卫星之间进行通信;用户设备和低轨卫星向控制中心发起认证注册请求包括:S1:低轨卫星通信系统中的控制中心选择安全参数,根据安全参数生成系统参数;
S2:用户设备和低轨卫星分别向控制中心发起注册请求;
S3:控制中心根据注册请求分别生成低轨卫星的位置密钥、用户设备的位置密钥以及注册响应;将位置密钥和注册响应分别返回给用户设备和低轨卫星;
S4:用户设备采用位置密钥对当前的位置信息进行加密,将包含位置信息的接入认证请求发送给低轨卫星;
S5:低轨卫星对用户设备发送的认证请求进行验证,若验证成功,则对位置信息进行验证;若位置信息验证成功,则执行步骤S6,否则用户接入低轨卫星失败;
S6:低轨卫星对用户设备的身份信息认证成功,返回接入响应;
S7:用户设备对低轨卫星发送的接入响应进行认证,若认证成功,则完成用户设备对低轨卫星的接入,否则接入失败。
2.根据权利要求1所述的一种基于位置密钥低轨卫星抗量子接入认证的卫星通信方法,其特征在于,生成系统参数包括:地面控制中心进行系统初始化;随机选取一个质数q=poly(n),地面控制中心为用户设备生成临时身份标识PIDu,地面控制中心为低轨卫星生成临时 身份标识PIDs;生成 系统密钥 ,选择防碰撞的哈希函数;其中,q=poly(n)表示选择一个多项式poly(n)作为质数q的生
成器; 表示系统密钥,s表示随机选取的系统主密钥,P表示生成元, 为防碰撞哈希函数, 表示有限域。
3.根据权利要求1所述的一种基于位置密钥低轨卫星抗量子接入认证的卫星通信方法,其特征在于,用户设备和低轨卫星向控制中心发起注册请求包括:用户身份IDu、用户当前位置信息Lu、用户注册时间戳T1,卫星身份IDs、卫星当前位置信息Ls、卫星注册时间戳T2。
4.根据权利要求1所述的一种基于位置密钥低轨卫星抗量子接入认证的卫星通信方法,其特征在于,控制中心生成的位置密钥为: 其中,KDF为密钥生成算法, 为系统主密钥, 为低轨卫星的临时身份标识,N为系统生成的随机数,L为位置信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于位置密钥低轨卫星抗量子接入认证的卫星通信方法,其特征在于,用户设备向低轨卫星发送接入认证请求的过程包括:用户设备获取当前时间和位置信息;根据用户设备的真实身份计算加密密钥 ;采用位置密钥LKu计算消息认证码MAC1;根据加密密钥和消息认证码计算认证向量Vu=PIDu||AES(SKu,Nu||Lu)||MAC1||T1;将当前位置信息Lu'和认证向量Vu嵌入到接入认证信息中,并向卫星发送接入认证请求;其中 表示加密密钥, 表示密钥生成算法, 表示系统主密钥, 表示用户身份, 表示用户注册时间戳, 为用户临时身份标识, 表示对称加密算法, 表示用户设备生成的随机数, 表示用户设备的位置信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于位置密钥低轨卫星抗量子接入认证的卫星通信方法,其特征在于,低轨卫星对用户设备发送请求进行验证包括:低轨卫星验证用户设备发送的时间戳T1是否有效,若有效,则计算解密密钥对收到的用户设备的认证向量V解密获取其中的位置信息Lu;将计算出的位置信息Lu与从用户设备接收到的位置信息进行Lu'对比,若对比结果正确,则收到用户设备请求,否则用户设备请求失败。
7.根据权利要求1所述的一种基于位置密钥低轨卫星抗量子接入认证的卫星通信方法,其特征在于,低轨卫星对对位置信息进行验证包括:低轨卫星采用控制中心发送的位置密钥计算用户设备发送位置信息,得到新的消息认证码MAC1';比较消息认证码MAC1'与从用户设备接收到的消息认证码MAC1是否相等,若相等则判断用户设备为合法用户,获取当前卫星的时间T2与位置信息Ls,计算加密密钥SKs与认证向量Vs,将位置数据与认证向量嵌入到接入认证响应信息中发送给用户设备。
8.根据权利要求1所述的一种基于位置密钥低轨卫星抗量子接入认证的卫星通信方法,其特征在于,用户设备对低轨卫星发送的接入响应进行认证包括:检查卫星时间戳T2的有效性,若有效则计算解密密钥,根据计算出的解密密钥对收到的卫星认证向量进行解密,得到位置数据;将计算出的位置数据与收到的卫星位置进行对比,若对比结果正确,则由位置密钥计算消息认证码MAC2',比较计算出的消息认证码MAC2'与从卫星收到消息认证码MAC2是否相等,若相等则判断卫星为合法节点,完成接入认证;否则认证失败;其中, 表示卫星临时身份标识, 表示对称加密算法, 表示卫星的加密密钥, 表示卫星生成的随机数, 表示卫星的位置信息。