面向无人机自组网的路由消息完整性保护方法郭晶晶高华敏刘志全王立波张兴隆Summary：安全性是无人机自组网路由协议面临的重要挑战之一。针对现有工作对分级路由协议中拓扑构建消息安全性防护的不足，本文针对分级无人机自组网的路由协议提出了一种拓扑构建消息的安全保护方案，该方案可以保证分级无人机自组网在拓扑建立过程中节点间交互消息的完整性，从而避免完整性遭到破坏的信息被用于网络拓扑构建以及创建路由的过程中，提高路由协议的健壮性与可靠性。针对拓扑消息中的静态信息提出了基于联盟区块链的完整性验证方法，减少了整个方案的计算与传输开销。通过对所提方案进行安全性分析，证明了该方案能够有效抵御拓扑消息传输过程中的假冒攻击和消息篡改攻击。最后，通过仿真试验分析了该方案在不同无人机自组网路由协议中的性能。试验结果表明，该方案的时间开销小于100ms，内存开销小于路由总开销的35%。Key：无人机自组网；分级路由协议；完整性保护；网络安全中圖分类号：TP393：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2022.04.005基金项目：国家自然科学基金（62032025，62102167）；航空科学基金（20185881015）无人机自组织网络（UAVAd-hocNetworks，UANETs）是移动自组织网络（MobileAd-hocNetwork，MANET）在无人机领域的典型应用之一。因具有自组织、移动性、拓扑动态性和抗毁性强等特点，无人机自组织网络目前在军用和民用领域都具有广泛的应用[1]，如地质勘测、抢险救灾、区域侦察[2]和无人集群协同作战[3]等。无人机自组织网络的拓扑结构主要分为平面网络结构与分级网络结构，分级网络结构更适合于规模中等及以上的无人机自组织网络。在分级网络结构中，网络节点被分为若干个簇，每个簇拥有一个簇头节点和若干个簇成员节点，其中簇头节点负责管理簇内的其他节点并与其他簇的簇头节点通信，簇成员节点需要与其他节点通信时，首先将消息发送给其簇头，再由簇头将消息转发至目的节点。因为开放的无线通信环境，灵活多变的协作模式，无人机自组网在构建拓扑与建立路由过程中容易遭受内、外部攻击。在网络拓扑构建过程中，无人机自组网主要面临的安全威胁包括篡改攻击、假冒攻击等，若拓扑构建消息的完整性遭到破坏，将导致错误的数据被用于网络拓扑构建，形成无效或低效拓扑结构。现有的无人机自组网安全性保护的相关工作主要集中于网络拓扑建立后节点间传输消息时的身份合法性验证、消息机密性保护、消息完整性保护、恶意节点检测[4]等领域，缺乏针对网络拓扑建立过程中的消息安全性保护机制，现有少量针对拓扑消息的安全防护方案均适用于平面网络结构的无人机自组网[5-9]，无法直接应用于分级网络结构。针对这一问题，本文提出了一种无人机自组织网络分级路由协议中的路由消息安全性保护方案。在该方案可以保证分级网络结构的无人机自组网在拓扑建立过程中节点间交互消息的完整性，从而避免完整性遭到破坏的信息被用于网络拓扑构建以及创建路由的过程中，提高路由协议的健壮性与可靠性。本文工作的创新之处主要包括以下三点：（1）针对无人机自组织网络分级路由协议提出了拓扑构建消息的完整性保护方案，该方案可以避免完整性遭到破坏的信息被用于网络拓扑构建以及创建路由的过程中，提高路由协议的健壮性与可靠性。（2）为了减少所提方案对整个网络性能的影响，针对拓扑消息中的静态信息提出了基于联盟区块链的完整性保护方案，减少了整个方案的计算与传输开销。（3）针对所提方案进行了安全性分析，结果表明所提方案可以有效抵御完整性破坏攻击（假冒攻击和消息篡改攻击），通过仿真试验验证了所提方案不会对原有路由协议造成严重的额外资源开销。1研究现状随着无人机自组网的应用越来越广泛，国内外学者已经提出了大量的无人机自组网路由协议，然而目前针对路由协议的安全保护机制的研究较少，若无法保证路由建立过程中信息的完整性，恶意信息有可能被用于建立网络拓扑以及路由路径过程中，从而导致网络拓扑不稳定、路由效率低下等问题，为网络性能带来极大的负面影响。1.1无人机自组网路由协议从网络拓扑结构角度出发，无人机自组网的路由协议主要可以分为不分级路由...