单体无人机受限于制造成本、活动范围以及续航时间等因素,难以独立在日趋复杂的部署和使用场景中高效完成指定任务。同时,得益于电子信息、传感识别以及飞行控制领域相关应用的日趋成熟,无人机集群能够将一定数量的无人机成组,利用无人机间的信息交互,实现有序且高效的分布式作业。凭借着单体造价少、规模可伸缩、以及系统鲁棒性强等长处,无人机集群化已成为无人机应用的重要趋势,在各个领域获得广泛关注。然而,无人机集群在补齐单体无人机短板的同时,也带来了众多通信安全问题。尤其是在部署场景不可控的条件下,无人机的信息传输过程中面临着消息伪造、信息窃取、报文重放等诸多安全威胁。安全认证技术能够有效遏制敌手的攻击行为,但是现有的群组认证密钥协商方案的认证信令多、计算开销大、缺乏恶意参与者检测能力等特点,使得其难以直接部署在节点资源有限、通信链路不稳定、网络拓扑频繁变动的无人机集群组网场景中。同时,由于单体通信能力较弱,无人机集群大多需要通过中继网络实现与地面站的数据传输,而当前对移动网络中接入安全问题的研究聚焦在预共享密钥的方式,该类协议执行时需要有地面站实时参与的多次消息传输,在不稳定的长距离通信条件下,认证失败率高,且认证延迟较大,难以应用于在广域空间下执行任务的无人机集群接入中继网络的情形。基于以上问题,本文设计了能够在无人机集群的集群内部、以及集群与中继网络之间使用的身份认证和密钥协商方案,即群组密钥协商方案和群组接入认证方案,然后在所提方案的基础上开发实现了无人机集群安全认证原型系统,并通过该系统在真实场景下测试了方案的可用性。本文主要工作有以下几点:（1）基于身份密码体制,设计了一种面向无人机集群的群组密钥协商方案,以解决无人机集群组网过程中的群组安全通信问题。本群组密钥协商方案满足协议执行过程中的安全认证、抵抗被动攻击、恶意参与者检测、前向安全性、后向安全性、保护集群无人机真实身份以及完善前向安全性等多种安全需求。此外,本文在判定性Diffie-Hellman问题、椭圆曲线离散对数问题和计算性Diffie-Hellman问题假设下证明了该方案的安全性。（2）基于机载网络体系结构,设计了一种面向中继网络的无人机集群接入认证方案,以解决无人机集群接入中继网络时存在的实体不可信问题。本方案采用身份密码体制,借助聚合签名技术实现对集群所有无人机的批量认证;使用加密技术传输集群无人机的身份标识,保护了无人机的真实身份;在部分飞行节点的移动轨迹能够预测的条件下,通过重用部分信令值提前执行非常耗时的认证参数计算,降低了无人机集群和中继节点在切换认证过程中的计算开销。此外,该方案的安全性在SVO逻辑下得到了成功验证。（3）在以上两个方案的基础上,开发实现了无人机集群安全认证原型系统,并使用该系统对两个方案展开实验,验证了方案的正确性,还考察了方案的执行效能。实验数据显示,文章中的两个方案都在保证效率的同时,达到了预定的安全目标,适合用在没有可信关系的无人机集群组网过程中。