【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及衛星網絡隱私保護，具體為一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統。
技術介紹
1、衛星編隊是指若干顆衛星組成一定的編隊構型，是一種典型的多智能體系統。編隊中的每顆衛星相互協同工作、相互聯系，共同實現通信、偵察和導航等任務，整個星群構成一個超大的“虛擬衛星”或衛星網絡系統，通過一個有效的分布式控制協議，共同實現近地勘測、深空探測、干涉測量等任務。各衛星實體擁有一個目標函數，通過一個合適的局部優化算法，實現和周圍鄰居的局部信息交互，使得各實體可以聯合地最小化目標函數實現系統最優決策，如最小化系統資源消耗等，在對地觀測、天文觀測及深空探測等領域具有重大應用前景。但是在衛星編隊技術迅猛發展的同時，衛星編隊中各節點之間的通信會遭到攻擊者的竊聽而造成信息泄露，這可能導致系統穩定性被破壞，產生巨大的安全隱患。如何在不泄露各智能體關鍵信息的條件下達成系統目標成為新的困難和挑戰。由于衛星有限算力資源的限制，一個穩定性高、性能好的分布式控制算法對于其完成預設目標至關重要。同時針對有限通信帶寬、匱乏電力資源等因素限制，需要尋求系統整體的最優化設計。
2、目前，傳統衛星編隊隱私保護控制系統一般會面臨內部和外部兩大類的安全威脅，制造內部威脅的攻擊者通過入侵系統獲得了某個節點的控制權，獲取鄰居節點的狀態信息，進而擾亂系統整體的運算和決策，制造外部威脅的攻擊者則是直接對各節點之間的通信鏈路進行竊聽，獲取各節點的狀態信息或者發動中間人攻擊，篡改某節點發往其鄰居的信息，從而影響整個系統的運算決策，但在實際使用過程中，現有的隱私保護技術
技術實現思路
1、（一）解決的技術問題
2、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，具備同態加密隱私保護能力強、資源分布式控制穩定性強等優點，解決了傳統衛星編隊隱私保護控制系統隱私保護技術難以滿足實際需求，資源分布能力不足的問題。
3、（二）技術方案
4、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，包括數據采集模塊、同態加密模塊、多智能體系統和子衛星；
5、所述多智能體系統由n個子衛星組成，所述多智能體系統的拓撲結構為含有n個節點的連通無向圖，且每個節點都具有局部目標函數，n表示函數輸入的維數，表示將實數域上的維的輸入向量轉換為1維；
6、所述數據采集模塊通過網絡連接多智能體系統采集子衛星數據集，所述子衛星數據集包括位置數據和速度控制數據，所述數據采集模塊根據子衛星數據集，對多智能體系統進行二階動力學系統建模，所述數據采集模塊通過網絡連接多智能體系統采集條件數據集，所述條件數據集包括約束條件數據，所述數據采集模塊根據條件數據集標記部分節點為半誠實節點，并進行存儲，所述數據采集模塊通過網絡將子衛星數據集和條件數據集傳輸至同態加密模塊；
7、所述同態加密模塊將中間變量si引入二階動力學系統建模，收斂多智能體系統中節點的狀態信息，所述同態加密模塊以隨機耦合權重rcw方式按照singlemod方案加密保護多智能體系統n個節點信息數據，所述同態加密模塊進行截斷操作，并設置精度系數q設計輕量級通信協議，所述singlemod方案為域同態算法，所述同態加密模塊將基于singlemod方案同態加密的輕量級通信協議應用到dgd分布式優化算法、extra分布式優化算法和zgs分布式優化算法中，并采用李雅普諾夫函數判斷設計的輕量級通信協議針對信息交互的保護程度，若構造的李雅普諾夫函數呈指數級收斂，同態加密模塊判斷設計的輕量級通信協議針對信息交互的保護程度高。
8、優選的，所述二階動力學系統建模表達式如下：
9、
10、
11、
12、公式中，表示多智能體系統第i個節點的位置信息的導數，xi表示第i個節點位置信息對應維數為n的狀態值，表示多智能體系統第i個節點的速度信息的導數，vi表示第i個節點速度信息對應維數為n的狀態值，表示將第i個智能體的速度信息vi求導后得到的值，將其作為多智能體系統的輸入，v表示多智能體系統中所有節點的集合，g1至gn表示第1個至第n個智能體，fi(xi)表示多智能體系統第i個節點的局部目標函數，表示通過連續時間動力學方程使得xi和vi均收斂到最優解xj，即為各自的一致解，xj表示系統中第j個節點的狀態信息，s.t.表示約束使得表示任意i和j。
13、優選的，所述條件數據集包括條件一、條件二和條件三，所述條件一約束多智能體系統的拓撲結構圖為無自環的連通無向圖，所述條件二約束多智能體系統中第i個智能體gi的局部目標函數是二次導數連續的強凸函數，其局部hessian矩陣是lipschitz連續的，其中，，表示局部目標函數fi的梯度平方，所述條件三，在條件二約束多智能體系統中的每個節點執行計算和發起通信時，單個節點收集利用所獲得的信息并推斷其他節點的內部信息，所述多智能體系統中同時滿足條件數據集的節點標記為半誠實節點。
14、優選的，所述中間變量si引入二階動力學系統建模的表達式如下：
15、
16、公式中，，表示實數域中的正實數集，a表示正實數集中的一個隨機數，若si收斂到多智能體系統的一致解時，狀態信息xi和vi也收斂到各自的一致解。
17、優選的，所述基于singlemod方案的隨機耦合權重rcw加密表達式如下：
18、設置u，v為大的秘密素數，且，構成私鑰，并將作為公鑰公開，根據u生成集合，，根據m生成集合，；
19、明文k為中第k個元素，k表示待加密的明文，再從中隨機抽取l，l表示隨機倍數，隨機耦合權重rcw加密算法在明文k的基礎上乘以隨機倍數l進行加密保護，隨機耦合權重rcw加密算法公式為；
20、隨機耦合權重rcw加密結束后，丟棄隨機倍數l，解密方根據密文進行解密，其中，解密算法為；mod表示模運算。
21、優選的，所述輕量級通信協議表達式如下：
22、
23、公式中，表示實數域中任意一個隨機數，表示以精度系數q針對隨機數q進行的截斷操作，表示針對q的數值進行截斷操作。
24、優選的，所述dgd分布式優化算法表達式如下：
25、
26、公式中，，為dgd分布式優化算法第r步迭代的步長，表示第r+1輪迭代時中間變量si的值，wij表示實數域對稱矩陣中第i行第j列的元素，表示多智能體系統中第j個節點的在r輪迭代時的中間變量狀態值，表示多智能體系統中第i個節點的在r輪迭代時的中間變量狀態值，表示多智能體系統中第i個節點局部目標函數fi的梯度。
27、優選的，所述extra分布式優化算法表達式如下：
28、
29、
30、
31、公式中，表示r+2輪迭代時中間變量si的值，表示extra分布式優化算法的矯正項，w表示實數域的對稱矩陣，i表示本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：包括數據采集模塊、同態加密模塊、多智能體系統和子衛星；
2.根據權利要求1所述的一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：所述二階動力學系統建模表達式如下：
3.根據權利要求2所述的一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：所述條件數據集包括條件一、條件二和條件三，所述條件一約束多智能體系統的拓撲結構圖為無自環的連通無向圖，所述條件二約束多智能體系統中第i個智能體gi的局部目標函數是二次導數連續的強凸函數，其局部Hessian矩陣是Lipschitz連續的，其中，，表示局部目標函數fi的梯度平方，所述條件三，在條件二約束多智能體系統中的每個節點執行計算和發起通信時，單個節點收集利用所獲得的信息并推斷其他節點的內部信息，所述多智能體系統中同時滿足條件數據集的節點標記為半誠實節點。
4.根據權利要求3所述的一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：所述中間變量si引入二階動力學系統建模的表達式如下：
5.根據權利要求4所述的一種基于同態
6.根據權利要求4所述的一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：所述輕量級通信協議表達式如下：
7.根據權利要求6所述的一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：所述DGD分布式優化算法表達式如下：
8.根據權利要求7所述的一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：所述EXTRA分布式優化算法表達式如下：
9.根據權利要求8所述的一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：所述ZGS分布式優化算法表達式如下：
10.根據權利要求9所述的一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：所述李雅普諾夫函數如下：
...【技術特征摘要】
1.一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：包括數據采集模塊、同態加密模塊、多智能體系統和子衛星；
2.根據權利要求1所述的一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：所述二階動力學系統建模表達式如下：
3.根據權利要求2所述的一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護控制系統，其特征在于：所述條件數據集包括條件一、條件二和條件三，所述條件一約束多智能體系統的拓撲結構圖為無自環的連通無向圖，所述條件二約束多智能體系統中第i個智能體gi的局部目標函數是二次導數連續的強凸函數，其局部hessian矩陣是lipschitz連續的，其中，，表示局部目標函數fi的梯度平方，所述條件三，在條件二約束多智能體系統中的每個節點執行計算和發起通信時，單個節點收集利用所獲得的信息并推斷其他節點的內部信息，所述多智能體系統中同時滿足條件數據集的節點標記為半誠實節點。
4.根據權利要求3所述的一種基于同態加密的衛星編隊隱私保護...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李東禹，胡慶雷，盧俊言，孫志成，孟陳，
申請(專利權)人：天目山實驗室，
類型：發明
國別省市：
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