我院无人机安全领域研究成果在TOP 国际期刊IEEE IoT发表

 

近期，我院博士研究生陈贵亮成果在SCI一区TOP IEEE Internet of Things Journal 国际期刊发表题为《FRBAKA: Fault-tolerant and Round-efficient Batch Authentication and Key Agreement Protocol for UAV-Assisted IoT》的学术论文，指导教师黄捷教授为本文通讯作者。

                           

研究背景

在智能电网巡检、智慧城市、森林防火监测、智慧农业等场景中，成千上万的传感器如同 “哨兵”，长年驻守在输电走廊、深山密林与田间地头。这类传感器自身能量有限、布设地点偏远，数据回传一直是难以解决的问题；无人机依托灵活的机动能力，成为穿梭于各处的 “空中数据采集员”。然而，开放的无线环境潜藏窃听、篡改、假冒等安全威胁，开展数据采集工作需要以身份认证与密钥协商（AKA）协议为前提。现有协议大多要求多轮通信才能完成认证，对接海量终端设备时，时延与能耗会急剧增加；更为关键的是，不少协议的凭证更新机制稳定性较差，仅一次丢包就可能造成设备 “永久失步”、锁死无法工作。在人迹罕至、不便人工维护的部署场景下，该问题属于近乎致命的缺陷。

                           

成果介绍

针对上述痛点，论文提出容错、低轮次的批量认证密钥协商协议 FRBAKA，主要贡献包含以下三点。

第一，提出 “认证即传输”策略。协议把身份认证、数据采集以及临时身份更新融合至同一轮消息交互，完成单轮多设备批量认证，从架构上降低通信开销，摒弃传统 “先认证、后传输” 的分离式流程。

第二，提出凭证回滚容错机制。协议允许通信双方握手失败后安全回滚至前序有效凭证状态，规避永久失步问题，无需人员赴现场复位，有效提升协议在网络丢包环境下的运行可靠性。

第三，实现解耦式运行模式。无人机完成地面站预授权后，可支持与地面站通信中断的情况下，在偏远区域自主开展批量认证与数据采集，实现数据采集连续性与自主性，提升野外作业的独立性与场景适配性。

安全性方面，论文通过形式化验证与非形式化分析证明，FRBAKA可抵御重放、假冒、物理捕获等已知攻击。性能方面，协议通信轮次较对比方案减少60%–70%，平均降低通信开销32.9%、计算开销18.2%。

                           

                           

                           

                           

应用价值

该成果面向国家关键基础设施的智能化运维需求，在保障数据机密性与完整性的同时，降低了通信与维护成本：设备不再因偶发通信故障而被锁死，运维人员无需深入无人区人工复位；更低的传输与存储负担则延长了电池供电设备的使用寿命。相关技术思路还可推广至车联网、医疗物联网、工业互联网等对安全与效率同样敏感的领域，具有较广阔的应用前景。

                           

黄捷，福州大学电气工程与自动化学院教授、博导，福建省自动化学会副会长、福州大学5G+工业互联网研究院院长、福建省闽江学者奖励计划特聘教授、福建省高校杰出青年科研人才、闽江科学传播学者、福州市科创走廊首席科技创新顾问。主要研究方向为：群体智能与无人系统、人机混合增强智能、工业互联网、数字经济等。

                           

 陈贵亮，福州大学电气工程与自动化学院、福州大学5G+工业互联网研究院博士研究生。主要研究方向为：物联网安全、工业互联网安全、轻量化认证与加密。