[发明专利]生成用于自由空间光通信的密钥的方法和装置

权利要求书

1.一种生成用于自由空间光通信的密钥的方法，包括：

第一通信端通过加载全息光栅的第一反射型空间光调制器SLM，产生携带第一拓扑荷l₁的第一轨道角动量OAM光束和携带第二拓扑荷l₂的第二OAM光束并依次发射给第二通信端，其中，l₁不等于l₂，l₁与l₂之和等于预定拓扑荷总和l；

所述第二通信端随机选择交换操作模式和移位操作模式中的任一种，基于所选择的操作模式而生成初始密钥，并按所选择的操作模式将接收到的所述第一OAM光束和所述第二OAM光束反射给所述第一通信端，其中，在所述交换操作模式下使用加载拓扑荷为-l的第二反射型SLM进行光束反射，而在所述移位操作模式下使用两个反射镜进行光束反射；

所述第一通信端通过监测从所述第二通信端依次反射回的所述第一OAM光束和所述第二OAM光束，确定所述第二通信端所选择的操作模式，并基于所确定的操作模式生成所述初始密钥。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

所述第一通信端和所述第二通信端对生成的所述初始密钥进行误码纠错和保密增强，得到安全密钥。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一通信端和所述第二通信端对生成的所述初始密钥进行误码纠错和保密增强包括：

所述第一通信端和所述第二通信端使用Cascade协议对所述初始密钥进行误码纠错，并使用单向Hash函数对经过误码纠错的所述初始密钥进行保密增强。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一通信端产生的所述第一OAM光束和所述第二OAM光束都属于从高斯光束转化成的Bessel光束。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，

所述第一通信端利用加载拓扑荷为-l₁的第三反射型SLM、分束器、第一相机、加载拓扑荷为(-l₁+l₂)的第四反射型SLM以及第二相机，监测从所述第二通信端依次反射回的所述第一OAM光束和所述第二OAM光束；

所述第三反射型SLM将从所述第二通信端依次反射回的所述第一OAM光束和所述第二OAM光束依次反射给所述分束器；

所述分束器依次将从所述第三反射型SLM接收到的所述第一OAM光束分离成第一分光束和第二分光束，将从所述第三反射型SLM接收到的所述第二OAM光束分离成第三分光束和第四分光束；

所述第一相机依次感测所述第一分光束和所述第三分光束，以分别得到第一光束图像和第三光束图像；

所述第四反射型SLM依次将从所述分束器接收到的所述第二分光束和所述第四分光束反射给所述第二相机；

所述第二相机依次感测由所述第四反射型SLM反射的所述第二分光束和所述第四分光束，以分别得到第二光束图像和第四光束图像；

所述第一通信端确定所述第二通信端所选择的操作模式包括：响应于确定所述第一光束图像和所述第四光束图像都为光环图像，而所述第二光束图像和所述第三光束图像都为光斑图像，所述第一通信端确定所述第二通信端所选择的操作模式为所述交换操作模式。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一通信端确定所述第二通信端所选择的操作模式还包括：响应于确定所述第一光束图像和所述第四光束图像都为所述光斑图像，而所述第二光束图像和所述第三光束图像都为所述光环图像，所述第一通信端确定所述第二通信端所选择的操作模式为所述移位操作模式。