基于空间通信协议的图像传输安全机制研究

发布时间：2019-10-12 01:21

【摘要】：随着航空航天技术的快速发展,现有的空间通信协议已无法满足空间网络安全需求。空间无线链路的高度开放性,使得大量宝贵的卫星图像在传输过程中容易受到非法分子的恶意攻击,对国家利益造成损害。因此,针对空间网络中图像传输安全问题,本文基于图像数据压缩协议和AOS(高级在轨系统)空间数据链路协议,设计了协议安全机制方案,并实现图像安全传输系统。首先,本文分析空间网络存在安全威胁的原因,研究空间网络所需安全机制,并分析空间数据系统咨询委员会制定的空间通信协议,重点对图像数据压缩协议和AOS空间数据链路协议进行研究。其次,本文分析图像数据压缩协议存在的安全隐患,研究元胞自动机基本理论,提出一种基于图像数据压缩协议的加密机制方案,设计加密机制所需的可逆元胞自动机加密方案和协议封装格式,并对加密算法进行理论分析和性能测试。然后,本文针对协议薄弱性分析结果,研究触发、耦合和复合三种元胞自动机模型,设计一种混合元胞自动机加密方案,再结合认证机制和抗重放机制,设计协议安全机制帧格式,提出一种基于AOS空间数据链路协议的安全机制方案,并验证加密算法的安全性。最后,本文根据图像数据压缩协议和AOS空间数据链路协议的安全机制研究成果,模拟空间数据传输形式,提出图像安全传输的解决方案,设计图像安全传输系统。该系统可由发送端、中转服务器和接收端三部分组成。发送端可以实现图像的保护和发送,中转服务器负责链路搭建和数据转发,而接收端具有数据接收和验证功能。理论分析和实验结果表明,本文提出的安全机制方案满足空间网络安全需求,并且可逆元胞自动机加密方案和混合元胞自动机加密方案具有安全性,而设计的图像安全传输系统性能良好,能够正常完成图像传输任务,可以抵御重放、窃听、篡改和伪造等攻击,增强图像传输安全性。
【图文】：

实验测试,原图,测试图像,灰度图像

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（3）测试图像选取测试图像来源于 USC-SIPI 提供的标准灰度图像，选择 Lena、Airfield 和Satellite 三幅灰度图像进行仿真测试，，图像尺寸大小分别为 256*256、512*512和 1024*1024，如图 3-9 所示。

序列,测试效果,平衡性,理想值

(0)(1)SumSum 4-8）中， Sum (0)为序列中 0 的个数， Sum( 1)为序 0 和 1 的个数比，而的理想值为 1。利用伪随机值，通过公式（4-8）进行测试，测试结果如图 4
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN919.8;TN918

【参考文献】