[发明专利]一种用于电磁涡旋系统保密通信的加解密方法

权利要求书

1.一种用于电磁涡旋系统保密通信的加解密方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1密钥生成：接收端按非对称加密算法随机生成一对公钥和私钥；

步骤2公钥发送：接收端将所述公钥进行数字调制后用拓扑荷配置为零的涡旋天线或普通天线以传统的平面波信号发送；

步骤3公钥接收：发送端用拓扑荷配置为零的涡旋天线或普通天线接收传统的平面波信号，经过数字解调后取得所述公钥并保存；

步骤4链路编码：发送端将链路配置信息按通信双方约定的编码算法产生一个十进制数值，形成明文；

步骤5加密发送：发送端使用接收到的所述公钥，按非对称加密算法将所述明文转换为密文，经过数字调制后，将所述密文用拓扑荷配置为零的涡旋天线或普通天线以传统的平面波信号发送；

步骤6接收解密:接收端用拓扑荷配置为零的涡旋天线或普通天线接收传统的平面波信号，经过数字解调后取得携带公钥的密文，根据本地私钥，按非对称解密算法对密文进行解密，获得所述明文；

步骤7链路译码:接收端按通信双方约定的译码算法将所述明文的一个十进制数值恢复为所述链路配置信息；

步骤8通信链路构建:接收端根据链路配置信息，调整接收端涡旋天线的方位,实现收发天线对准，便于接收涡旋信号,使接收端与发送端建立通信链路；利用非零拓扑荷值建立涡旋解调方案，用于涡旋信号的解调；

步骤9信源编码与加密:通信收发双方建立通信链路后，发送端将待传输的文字、语音、图像或视频作为原始信息按某种编码算法，进行信源编码，形成明文，根据步骤1生成的公钥，利用非对称加密算法将所述明文进行加密，转换为密文；

步骤10信号调制与发送:发送端将所述密文进行数字调制和涡旋调制，调制后形成的涡旋信号使用涡旋天线发送，通过涡旋信道到达接收端；

步骤11信号接收与解调:接收端通过涡旋天线将所述涡旋信号接收后，利用步骤8建立的涡旋解调方案，进行涡旋解调，然后再进行数字解调；

步骤12解密与信源译码:接收端通过本地私钥对数字解调后的密文进行解密，获得明文，按某种编码算法对应的译码算法对明文进行译码，即信源译码，译码后得到原始的文字、语音、图像或视频原始信息。

2.根据权利要求1所述的用于电磁涡旋系统保密通信的加解密方法，其特征在于，所述链路配置信息包含涡旋天线指向方位信息和涡旋调制解调所选用的非零拓扑荷值，该值由发送端根据系统的需要在某个范围内随机选定。

3.根据权利要求1所述的用于电磁涡旋系统保密通信的加解密方法，其特征在于，所述数字调制与解调包括:ASK、FSK、BPSK、QPSK或QAM。

4.根据权利要求1所述的用于电磁涡旋系统保密通信的加解密方法，其特征在于，所述信源编码包括语音压缩编码、各类图像压缩编码及多媒体数据压缩编码，所述信源译码即是信源编码的逆向过程。

5.根据权利要求1所述的用于电磁涡旋系统保密通信的加解密方法，其特征在于，所述步骤10中:在发送端构建一个能发送涡旋信号的涡旋天线，通过涡旋天线将传统信号关联一个螺旋相位因子，该螺旋相位因子与拓扑荷和空间方位角有关，经过涡旋调制后的信号满足如下关系:

其中为螺旋相位因子，拓扑荷k_n由发出端随机给出，且k_n≠0，为空间方位角，S_n(t)为采用传统的数字调制后的信号，为涡旋信号；

在所述步骤11中，接收涡旋调解器就是涡旋调制器的逆向处理过程，即涡旋天线将接收到的涡旋信号乘以拓扑荷k_n相反数所对应相位因子得到涡旋调节后的信号满足如下关系：

6.根据权利要求2所述的用于电磁涡旋系统保密通信的加解密方法，其特征在于，所述涡旋天线指向方位信息包含天线位置的经度，纬度和海拔；以涡旋天线几何中心为原点О所建立三维坐标的两个夹角:天线波束轴线在zOy面上的投影与正z-轴之间的夹角，天线波束轴线在xOy面上的投影与正x-轴之间的夹角，经度和纬度用于确定天线的具体位置；海拔用于确定天线的高度；两个夹角用于确定涡旋天线所发送的涡旋信号波束轴线指向。