[发明专利]一种用于电磁涡旋系统保密通信的加解密方法

说明书

本发明公开一种用于电磁涡旋系统保密通信的加解密方法，属于无线通信领域，主要包括以下步骤：密钥生成，公钥发送，公钥接收，链路编码，加密发送，接收解密，链路译码，通信链路构建，信源编码与加密，信号调制与发送，信号接收与解调，解密与信源译码。通过上述步骤，实现电磁涡旋系统保密通信。该方法将非对称加密用于通信链路的物理层加密，由于私钥在接收端，窃听者无法获得私钥，从而无法解密获取正确的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，无法建立通信链路和涡旋解调方案。因此，该方法从传输机制和解调方法两方面为电磁涡旋系统的保密通信提供了物理层安全性的保障。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及利用电磁涡旋系统的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进行保密通信的加密及解密方法。

背景技术

无线通信技术的快速发展，对通信系统的容量和安全提出新的挑战。利用轨道角动量复用提升通信容量的电磁涡旋系统，由于目前限于视距通信，容易被窃听者非法接收信息。因此，需要考虑通信安全问题。传统的通信安全技术主要集中于网络层、传输层和应用层，电磁涡旋系统同样可以在这些层加密解密。然而随着软件无线电和智能硬件技术的发展，网络层、传输层和应用层的加密有可能被破解，因此，需要考虑在更低的物理层进行加密，从而进一步增强保密性。无线通信的物理层加密技术，能够对无线传输过程中的数据信息进行有效保护，阻止窃听者通过通信链路非法获取信息。就通信链路而言，传统的无线通信系统所采用的是平面波信号，收发双方不需要考虑天线对准问题。而电磁涡旋系统所采用的具有螺旋相位波前的涡旋信号，信号接收前需要收发双方进行涡旋天线对准。通过加密涡旋天线指向方位信息，窃听者因不知涡旋天线的精确指向方位信息而无法接收信息，保证了通信链路的安全性；不仅如此，电磁涡旋系统由于涡旋调制解调需要用到绝对值相等但正负相反的非零拓扑荷值，通过加密非零拓扑荷值，窃听者因无法建立涡旋解调方案而无法接收信息，进一步保证了通信链路的安全性。因此，可以利用电磁涡旋系统特有的涡旋信号接收方法和涡旋调制解调方法，进行物理层的加密与解密，实现电磁涡旋系统的保密通信。

本发明提出一种方法，在传统加密机制的无线通信系统基础上，利用电磁涡旋系统的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，进行保密通信，实现信息的加密及解密。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于电磁涡旋系统保密通信的加解密方法。该方法将非对称加密用于通信链路的物理层加密，由于私钥在接收端，窃听者无法获得私钥，从而无法解密获取正确的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，无法建立通信链路和涡旋解调方案。因此，该方法从传输机制和解调方法两方面为电磁涡旋系统的保密通信提供了物理层安全性的保障。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于电磁涡旋系统保密通信的加解密方法，包括链路建立和数据传输两个过程，如图1所示，主要包括以下步骤：

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，该信号通过传统无线信道到达发送端，如图2所示。

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。该信号通过传统无线信道到达接收端，如图2所示。

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。