[發明專利]一種用于電磁渦旋系統保密通信的加解密方法

有效

• 申請號: 201810166805.1
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108462960B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 朱啟標;陳素華;謝家靖
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02;H04L29/06;H04L9/08
• 代理公司: 蘇州中合知識產權代理事務所(普通合伙) 32266
• 代理人: 高海棠

1.一種用于電磁渦旋系統保密通信的加解密方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1密鑰生成：接收端按非對稱加密算法隨機生成一對公鑰和私鑰；

步驟2公鑰發送：接收端將所述公鑰進行數字調制后用拓撲荷配置為零的渦旋天線或普通天線以傳統的平面波信號發送；

步驟3公鑰接收：發送端用拓撲荷配置為零的渦旋天線或普通天線接收傳統的平面波信號，經過數字解調后取得所述公鑰并保存；

步驟4鏈路編碼：發送端將鏈路配置信息按通信雙方約定的編碼算法產生一個十進制數值，形成明文；

步驟5加密發送：發送端使用接收到的所述公鑰，按非對稱加密算法將所述明文轉換為密文，經過數字調制后，將所述密文用拓撲荷配置為零的渦旋天線或普通天線以傳統的平面波信號發送；

步驟6接收解密:接收端用拓撲荷配置為零的渦旋天線或普通天線接收傳統的平面波信號，經過數字解調后取得攜帶公鑰的密文，根據本地私鑰，按非對稱解密算法對密文進行解密，獲得所述明文；

步驟7鏈路譯碼:接收端按通信雙方約定的譯碼算法將所述明文的一個十進制數值恢復為所述鏈路配置信息；

步驟8通信鏈路構建:接收端根據鏈路配置信息，調整接收端渦旋天線的方位,實現收發天線對準，便于接收渦旋信號,使接收端與發送端建立通信鏈路；利用非零拓撲荷值建立渦旋解調方案，用于渦旋信號的解調；

步驟9信源編碼與加密:通信收發雙方建立通信鏈路后，發送端將待傳輸的文字、語音、圖像或視頻作為原始信息按某種編碼算法，進行信源編碼，形成明文，根據步驟1生成的公鑰，利用非對稱加密算法將所述明文進行加密，轉換為密文；

步驟10信號調制與發送:發送端將所述密文進行數字調制和渦旋調制，調制后形成的渦旋信號使用渦旋天線發送，通過渦旋信道到達接收端；

步驟11信號接收與解調:接收端通過渦旋天線將所述渦旋信號接收后，利用步驟8建立的渦旋解調方案，進行渦旋解調，然后再進行數字解調；

步驟12解密與信源譯碼:接收端通過本地私鑰對數字解調后的密文進行解密，獲得明文，按某種編碼算法對應的譯碼算法對明文進行譯碼，即信源譯碼，譯碼后得到原始的文字、語音、圖像或視頻原始信息。

2.根據權利要求1所述的用于電磁渦旋系統保密通信的加解密方法，其特征在于，所述鏈路配置信息包含渦旋天線指向方位信息和渦旋調制解調所選用的非零拓撲荷值，該值由發送端根據系統的需要在某個范圍內隨機選定。

3.根據權利要求1所述的用于電磁渦旋系統保密通信的加解密方法，其特征在于，所述數字調制與解調包括:ASK、FSK、BPSK、QPSK或QAM。

4.根據權利要求1所述的用于電磁渦旋系統保密通信的加解密方法，其特征在于，所述信源編碼包括語音壓縮編碼、各類圖像壓縮編碼及多媒體數據壓縮編碼，所述信源譯碼即是信源編碼的逆向過程。

5.根據權利要求1所述的用于電磁渦旋系統保密通信的加解密方法，其特征在于，所述步驟10中:在發送端構建一個能發送渦旋信號的渦旋天線，通過渦旋天線將傳統信號關聯一個螺旋相位因子，該螺旋相位因子與拓撲荷和空間方位角有關，經過渦旋調制后的信號滿足如下關系:

其中為螺旋相位因子，拓撲荷k_n由發出端隨機給出，且k_n≠0，為空間方位角，S_n(t)為采用傳統的數字調制后的信號，為渦旋信號；

在所述步驟11中，接收渦旋調解器就是渦旋調制器的逆向處理過程，即渦旋天線將接收到的渦旋信號乘以拓撲荷k_n相反數所對應相位因子得到渦旋調節后的信號滿足如下關系：

6.根據權利要求2所述的用于電磁渦旋系統保密通信的加解密方法，其特征在于，所述渦旋天線指向方位信息包含天線位置的經度，緯度和海拔；以渦旋天線幾何中心為原點О所建立三維坐標的兩個夾角:天線波束軸線在zOy面上的投影與正z-軸之間的夾角，天線波束軸線在xOy面上的投影與正x-軸之間的夾角，經度和緯度用于確定天線的具體位置；海拔用于確定天線的高度；兩個夾角用于確定渦旋天線所發送的渦旋信號波束軸線指向。