基于角动量的无线通信加密方法技术

本发明专利技术涉及一种基于角动量的无线通信加密方法，其依据无线自旋角动量和轨道角动量信道参数特征，利用不同极化或偏振状态的自旋角动量、不同特征量子数的轨道角动量、信号强度指示以及误码率的随机性与独立性所造成的差异性，实现跨层密码协商，使期望用户与窃听者在密码协商阶段接收到不完全相同的密码包，从而导致窃听者无法获得正常通信用户之间的密码，达到保障数据安全传输的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于角动量的无线通信加密方法
本专利技术涉及一种基于角动量的无线通信加密方法，具体涉及一种主要基于无线轨道角动量信道参数特征差异性的通信加密技术。
技术介绍
无线系统区别于有线系统主要在于其釆用电磁波的形式在空中辐射传播信息，传统有线系统中的安全威胁如网络基础设施的破坏、协议及操作系统缺陷、黑客攻击和病毒入侵等，也同样威胁着无线通信系统的安全。此外，开放的信道与系统带宽的需求使得无线通信系统与有线网络相比还存在着一些特有的安全威胁，在无线干扰、非法窃听、非法访问与欺骗等方面需要特别改进。现如今，随着用于信息交换的无线通信技术的迅猛发展，移动终端普及率逐渐上升，移动互联网呈现出爆炸式发展趋势。为满足增长的移动数据业务需求，迫切需要更高速、更高效、更智能的新一代无线移动通信技术，进一步提升系统容量以及频谱利用率。传统的信息安全技术主要集中于网络层、传输层和应用层，例如应用层采用各种信息加密机制和算法以防止窃听。然而，随着通信系统网络结构的异构化、泛在化和通信终端处理能力的快速提升，用于高层的加密技术实现难度越来越大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于角动量的无线通信加密方法，利用信道传输条件、传输方式等实现跨层密码协商，通过多个参数的随机性保证传输的保密性。本专利技术的技术方案是：一种基于角动量的无线通信加密方法，其依据无线自旋角动量和轨道角动量信道参数特征，利用不同极化或偏振状态的自旋角动量、不同特征量子数的轨道角动量、信号强度指示以及误码率的随机性与独立性所造成的差异性，实现跨层密码协商，使期望用户与窃听者在密码协商阶段接收到不完全相同的密码包，从而导致窃听者无法获得正常通信用户之间的密码，达到保障数据安全传输的目的。具体可以为，每次进行数据加密传输之前，先进行密码协商，通信方A与通信方B依据确定的每方发送的密码包个数n，n为非零的自然数，按时隙交替向对方发送含有长度为L的密码内容的密码包，所述密码内容依据发送信道的无线自旋角动量、发送信道的轨道角动量、当前时间、当前发送信号强度、最近接收信号强度以及最近接收误码率生成，在没有最近接收时（即发送双方间发送第一个密码包时），所述最近接收信号强度以及最近接收误码率可以采用相应的缺省值或预先设定值，在密码协商完成后，提取各密码包中的密码内容，依据密码序列中的密码包排序规则进行排序，形成密码序列，发送方依据所生成的密码序列进行数据加密发送，接收方依据所生成的密码序列对所接收的加密数据进行解密。所述密码内容可以采用任意适宜的现有技术或其他可能的技术，优选地，使用K（t，SSI，BER，SAM，OAM）函数产生，其中t是发送密码包的当前时间，SSI是信道强度指示，包括TSSI和RSSI，其中TSSI为发送强度指示，根据当前发射功率确定，RSSI为接收强度指示，根据最近接收的信号强度实际测量值确定，在不涉及接收时（即发送双方间发送第一个密码包时），RSSI设置为0，BER是当前发送信道的误码率，根据是否接收到对方最近发送的密码包的实际情况确定，若正确接收到了对方的密码包，则BER位设置为1，其余情况设置为0（包括在不涉及接收的情况），SAM是当前发送的自旋角动量模式，为左旋偏振态|L>或右旋偏振态|R>，OAM是当前发送的轨道角动量lħ模式，取值l为正整数或负整数。本专利技术用K函数（也可以称之为多变量的密码内容生成函数）宽泛地代表从参与产生所述密码内容的参数组合到所生成的所述密码内容的映射关系，其为多元函数，自变量至少包括无线自旋角动量SAM和轨道角动量OAM，具体函数关系不限，可以是线性的，也可以是非线性的。自变量最少时表示为K（SAM，OAM）。所述K（t，SSI，BER，SAM，OAM）函数是以t、SSI、BER、SAM和OAM为自变量的多元函数，是所述K函数的一种可能的具体形式，由其所生成的所述密码内容与t、SSI、BER、SAM和OAM均相关。所述密码协商的过程可以为：通信方A使用所述K（t，SSI，BER，SAM，OAM）函数产生密码内容Ka1，并构建一个符合要求的密码包，该密码包的序号为1；通信方A在时隙t1将该密码包通过自由空间无线信道发给通信方B，发射功率为TSSI对应的发射功率，发送信道的自旋角动量模式按照选定的SAM极化或偏振方向，发送信道的轨道角动量模式按照选定的OAM模式；通信方B使用所述K（t，SSI，BER，SAM，OAM）函数产生密码内容Kb1，并构建一个符合要求的密码包，该密码包的序号为1；通信方B在时隙t2通过自由空间无线信道发给通信方A，发射功率为TSSI对应的发射功率，发送信道的自旋角动量模式按照选定的SAM极化或偏振方向，发送信道的轨道角动量模式按照选定的OAM模式，若n=1，密码协商过程完成，若n>1，由通信方A依据上述方式继续产生其序号为2的密码包，并在时隙t3将该密码包发送给通信方B，由通信方B依据上述方式继续产生其序号为2的密码包，并在时隙t4发送给通信方A，如此循环交替发送，直到通信方A和通信方B均发送了n个密码包，密码协商过程完成。可以依据下列任意一种方式确定每方发送的密码包个数n：由通信方A在开始密码协商前伪随机产生；由通信方A或B事先指定，例如，发起通信时人工输入。所述密码内容长度L可以由通信方A在开始密码协商前伪随机产生或由通信方A在开始密码协商前确定，例如，发起通信时人工输入。可以依据下列任意一种方式确定密码序列中的密码包排序规则：在密码协商之后或之前进行密码序号公布，由通信的一方生成（例如伪随机生成或依据人工输入）并将密码序列中的密码包排序方式发送给另一方；预先设置密码序列中的密码包排序方式并由通信双方存储；依据密码包的发送顺序确定密码序列中的密码包排序，例如，正序，倒序等。所述密码包中通常可包括：发送方密码包序N，密码内容K，CRC校验码以及是否接收到对方最近密码包的代码KACK，在不涉及接收对方最近发送的密码包的情况下，KACK可以采用缺省值或预先设定值。所述密码包中还可以包括其他传输必要信息AT，所述其他传输必要信息AT为除发送方密码包序N，密码内容K，CRC校验码以及是否接收到对方最近密码包的代码KACK之外的任何信息，可以依据需要设定。定机法在于an所述轨道角动量的特征量子数优选在-3~+3之间选择。所述密码包中的密码内容的长度L优选为20比特。采用K（t，SSI，BER，SAM，OAM）函数生成所述密码内容的一种优选计算过程为：分别计算BER*SSI*SAM*OAM和t*SAM*OAM，分别寻找大于并最靠近BER*SSI*SAM*OAM与t*SAM*OAM的质数p和q，并以p和q作为起始参数，利用RSA加密算法计算出解密密钥，即所述密码内容。本专利技术的有益效果为：本专利技术利用不同极化或偏振状态的自旋角动量、不同特征量子数轨道角动量、信号强度指示以及误码率的随机性与独立性造成信道差异性，实现跨层密码协商，使期望用户与窃听者在密码协商阶段接收到不完全相同的密码包，从而导致窃听者无法获得正常通信用户之间的密码，达到保障数据安全传输的目的。本专利技术将无线角动量这一信道物理特性融入密码的生成过程，使密码与无线角动量具有了相关性，因而能充分利用物理层资源的多样性和唯一性，实现物理层的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于角动量的无线通信加密方法，其依据无线自旋角动量和轨道角动量信道参数特征，利用不同极化或偏振状态的自旋角动量、不同特征量子数的轨道角动量、信号强度指示以及误码率的随机性与独立性所造成的差异性，实现跨层密码协商，使期望用户与窃听者在密码协商阶段接收到不完全相同的密码包，从而导致窃听者无法获得正常通信用户之间的密码，达到保障数据安全传输的目的。

【技术特征摘要】
1.一种基于角动量的无线通信加密方法，其依据无线自旋角动量和轨道角动量信道参数特征，利用不同极化或偏振状态的自旋角动量、不同特征量子数的轨道角动量、信号强度指示以及误码率的随机性与独立性所造成的差异性，实现跨层密码协商，使期望用户与窃听者在密码协商阶段接收到不完全相同的密码包，从而导致窃听者无法获得正常通信用户之间的密码，达到保障数据安全传输的目的。2.如权利要求1所述的加密方法，其特征在于每次进行数据加密传输之前，先进行密码协商，通信方A与通信方B依据确定的每方发送的密码包个数n，n为非零的自然数，按时隙交替向对方发送含有长度为L的密码内容的密码包，所述密码内容依据发送信道的无线自旋角动量、发送信道的轨道角动量、当前时间、当前发送信号强度、最近接收信号强度以及最近接收误码率生成，在没有最近接收时，所述最近接收信号强度以及最近接收误码率采用相应的缺省值或预先设定值，在密码协商完成后，提取各密码包中的密码内容，依据密码序列中的密码包排序规则进行排序，形成密码序列，发送方依据所生成的密码序列进行数据加密发送，接收方依据所生成的密码序列对所接收的加密数据进行解密。3.如权利要求2所述的加密方法，其特征在于所述密码内容使用K（t，SSI，BER，SAM，OAM）函数产生，其中t是发送密码包的当前时间，SSI是信道强度指示，包括TSSI和RSSI，其中TSSI为发送强度指示，根据当前发射功率确定，RSSI为接收强度指示，根据最近接收的信号强度实际测量值确定，在不涉及接收时，RSSI设置为0，BER是当前发送信道的误码率，根据是否接收到对方最近发送的密码包的实际情况确定，若正确接收到了对方的密码包，则BER位设置为1，其余情况设置为0，SAM是当前发送的自旋角动量模式，为左旋偏振态|L>或右旋偏振态|R>，OAM是当前发送的轨道角动量lħ模式，取值l为正整数或负整数。4.如权利要求3所述的加密方法，其特征在于所述密码协商的过程为：通信方A使用所述K（t，SSI，BER，SAM，OAM）函数产生密码内容Ka1，并构建一个符合要求的密码包，该密码包的序号为1；通信方A在时隙t1将该密码包通过自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩刚，禹忠，
申请(专利权)人：西北工业大学，西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61