天地一体化信息网络是由天地之间多种网络融合而成的异构网络,将作为下一代通信的关键基础设施,为用户提供大带宽、低延迟以及高速率的数据传输服务。然而,天地一体化信息网络区别于传统通信网络,具备资源受限、拓扑动态、间歇联通、用户规模庞大以及信道高度暴露等特点,为网络中实体的身份鉴别带来了诸多挑战。单个用户接入认证时效率低下、大规模用户批量认证时并发冲突,以及链路动态切换时延迟较高等问题使得传统网络中的认证协议无法在安全性与性能表现上同时满足天地一体化信息网络的实际应用需求。如何针对性解决上述问题,保障天地一体化信息网络中实体的认证安全成为挑战。本文针对天地一体化信息网络中单个用户的接入认证、大规模用户的批量认证以及节点之间的切换认证三个典型场景展开研究,主要贡献如下:1.针对天地一体化信息网络节点资源受限、星地之间通信时延高的特点,提出一种轻量级的无证书非交互式认证与密钥交换协议。方案将认证双方建模为对等实体,基于椭圆曲线和双线性对实现二者之间的轻量级认证,不仅避免了复杂的证书管理与维护操作,同时还可以解决传统认证协议对第三方中心的过度依赖。本方案在保证安全性的基础上,降低了用户认证过程中的平均等待时间。2.针对大规模用户并发接入天地一体化信息网络的认证场景,提出一种无证书体制下基于类Schnorr思想的批量认证协议。方案结合挑战-应答模式以及聚合签名的思想,实现了卫星对地面大规模并发接入用户的统一、高效认证,同时优化了用户反向认证过程中的计算方法。方案仅凭借一次交互就能够实现卫星和大规模用户之间的双向认证,并完成彼此独立的会话密钥协商,能够显著降低认证双方的计算和通信负载。3.针对域内用户需要频繁切换接入节点,并获取不间断服务的认证场景,提出一种基于轨道可预测性的预验证切换认证机制,用于实现用户安全、无缝的切换。方案利用卫星轨道可预测的特点,将待认证的切换凭证预先装载到已认证的在线卫星。通过提前生成预验证凭证并下发给用户的方式,将更多的计算操作前移,简化了切换过程中的认证流程,有效保障了切换过程中用户会话的连续性。