无人机具有灵活性、多用性、低成本、易部署等特点,已经广泛应用于影视拍摄、气象监测、交通控制、货物运输及应急救援等诸多领域。为扩展无人机的应用范围,采用多无人机协同执行任务逐渐成为研究热点和应用趋势,但是由于无人机网络易受到被动窃听、数据篡改、伪造身份、拒绝服务、物理捕获等安全威胁和攻击,因此保证无人机网络通信的安全,对于协同任务的顺利执行尤为重要。无人机网络通信应满足的安全需求包括机密性、完整性、认证、不可否认性、用户可撤销等。此外,考虑到无人机网络计算、存储、通信等资源有限的特点,安全协议应满足轻量级要求。针对无人机网络单播通信、数据分发及聚合场景下的安全和效率问题,本文设计了一套轻量级安全通信协议,包括自认证的单播安全通信方案,自认证的安全数据分发及聚合方案。具体工作如下:首先为满足无人机网络单播通信场景的安全和效率需求,本文提出自认证的单播安全通信方案。该方案采用自认证的签密技术和BPV预计算技术降低无人机网络的通信和计算开销。具体而言,该方案基于自认证公钥密码体制,避免了证书管理和密钥托管问题,并且由于不需要传递证书验证公钥的真实性,可降低无人机网络的通信开销。为降低无人机的计算开销,本文提出方案基于Four Q,并且采用BPV预计算技术。在随机预言机模型下,基于计算性Diffie-Hellman问题和椭圆曲线离散对数问题对方案的机密性和不可伪造性进行了安全证明。安全性分析表明方案满足此通信场景的安全需求;性能分析与测试结果表明方案在计算效率方面具有明显优势。其次为满足无人机网络数据分发及聚合通信场景的安全和效率需求,本文提出自认证的安全数据分发及聚合方案。该方案采用随机数重用技术降低控制站数据分发过程中的计算开销以及批验证签名算法加快无人机数据聚合过程中的签名验证速度。具体而言,在控制站数据分发过程中,采用随机数重用技术降低控制站的计算开销和无人机网络的通信开销;在无人机数据聚合过程中,采用批验证签名算法加快控制站验证签名的速度。在随机预言机模型下,基于计算性Diffie-Hellman问题、判定性DiffieHellman问题和椭圆曲线离散对数问题对方案的机密性和不可伪造性进行了安全证明。安全性分析表明方案满足此通信场景的安全需求;性能分析与测试结果表明随机数重用技术可降低控制站数据分发过程中的计算和通信开销,批验证签名算法可降低无人机数据聚合过程中的计算开销,加快控制站验证签名的速度、缩短系统响应时间。