一种基于偏振光的密钥分发系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于偏振光的密钥分发系统，包括光强感受模块、电机控制模块串口通信模块、随机数生成模块，有效位分析模块、AES加密模块、MD5密钥扩展模块和通信模块。本发明专利技术模拟的量子加密的采用偏振光的加密方式降低了实验难度，可以达到较为精密的密钥传输，并且继承了量子加密的优点，可以应用于实验室、军事安全通信。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振光的密钥分发系统
本专利技术属于加密
，涉及一种基于偏振光的密钥分发系统。
技术介绍
加密是保障信息安全的重要手段之一。当前最常用的加密技术是用复杂的数学算法来改变原始信息。这种方法虽然安全性较高，但存在被破译的可能，并非绝对可靠。而量子密码术是一种截然不同的加密方法，主要利用量子状态来作为信息加密和解密的密钥。任何想测算和破译密钥的人，都会因改变量子状态而得到无意义的信息，而信息合法接收者也可以从量子态的改变而知道密钥曾被截获过。从理论上来说，用量子密码加密的通信不可能被窃听，安全程度极高。早在1989年，在IBM的华生实验室中，班奈特(CharlesBennett)和同事斯莫林(JohnA.Smolin)以及布拉萨(GillesBrassard)开创了一种加密方式的先河。在这个实验里，他们让光子在一个昵称为“玛莎阿姨的棺材”的光密盒里走了30公分。光子振荡(偏振化)的方向，代表一连串量子位元里的0与1。量子位元构成密钥，可以对信息加密或解密。这就是现在大名鼎鼎的量子加密方式。单个量子的不可完全擦除定理：量子相干性不允许对信息的载体一量子态任意地施行象存储在经典信息载体上的0，1经典信息进行地复制和任意的擦除，量子态只可以转移，但不会擦除(湮灭)。量子加密的产品也有了发展，从2003年起，瑞士日内瓦的idQuantique以及美国纽约市的神奇量子科技(MagiQ)，都发表了可以传送量子密钥的商品，传送距离超过在班奈特实验里的30公分。除此之外还有NEC的产品，它传送了150公里远，创下纪录，并将在2005年初上市。除此之外，IBM、富士通以及东芝等也正在加紧研发。随着量子密钥分配协议在理论和实验上取得巨大成功，类比于经典信息安全技术，量子信息安全技术也得到了飞速发展。到目前为止，人们在量子密码学理论和实验研究方面取得了一系列的研究成果，主要包括：量子密码信息理沦基础，量子比特承诺，量子密钥管理，量子秘密共享，量子认证和量子多方计算。所有量子安全方案是基于海森堡测不准原理进行的，所以很难得到量子的信息，除非你对他进行干扰，当两人进行通信时，偷听者就会在量子上留下记号，这是关键的一点。该系统每次发送光束在1秒内发射上百万个光量子，而携带的信息可以被恢复。当某个节点被黑客窃听，则该节点自动断开，同时黑客的节点也自动断开，而通信数据将从另外的节点传送，以保证通信的正常运行。光量子传送密钥时时光量子传输的路线不是确定的，而且到达时间十分精确。量子通信按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类，前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形态和量子纠缠的发送。系统基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置等。其工作原理就是被爱因斯坦称为“神秘的远距离活动”的量子纠缠。即光子被分割开之后，相距十分遥远也是相互联结的。在使用量子加密法的两个用户之间，会各自产生一个私有的随机数字符串，除了发件人和收件人之外，任何人都无法掌握量子的状态，也无法复制量子。如果通信中一旦发生试图窃取破译这些密码的行为，都会改变量子状态并留下痕迹。并且，异动的光子会像警铃一样显示出入侵者的踪迹。再高明的黑客、间谍对这种加密法也一筹莫展。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于偏振光的密钥分发系统，该系统模拟的量子加密的采用偏振光的加密方式降低了实验难度，可以达到较为精密的密钥传输，并且继承了量子加密的优点，可以应用于实验室、军事安全通信。其技术方案如下：一种基于偏振光的密钥分发系统，包括光强感受模块、电机控制模块、串口通信模块、随机数生成模块，有效位分析模块、AES加密模块、MD5密钥扩展模块和通信模块：所述光强感受模块为BH1759FVI模块，其电路中：PD(Photodiodewithapproximatelyhumaneyeresponse)为接近人眼反应的光敏二极管；AMP为集成运算放大器，Interface(逻辑+IC界面)为光强度计算和I2C总线接口，包括下列寄存器：数据寄存器、光强度数据寄存器、测量时间寄存器、时间测量数据寄存器，初始值分别为“0000_0000_0000_0000”和“0100_0101”；OSC为内部振荡器，时钟频率典型值：320kHz，所述时钟为内部逻辑时钟，该模块具有较高的分辨率，能过探测较大范围的光强度变化(1-65535lx)，将该BH1759FVI模块传感器与单片机相连接，通过串口获得光强感受器所探测到的光强，在连续H分辨率模式2下，测量时间为120ms，光强分辨率0.5lx；所述电机控制模块采用FL42STH38-0806A型步进电机，额定电压6v，步距角1.8°，步进电机转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致，当定子的矢量磁场旋转一个角度，转子也随着该磁场转一个角度，每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步，它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比，改变绕组通电的顺序，电机就会反转，因此能够通过单片机控制脉冲个数(以控制角位移量)，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率(以控制电机转动的速度和加速度)，从而达到调速的目的，所述步进电机与偏振片相连接，通过单片机产生脉冲控制步进电机转动，可以较为精确的控制偏振片转动到相应的基；所述串口通信模块一种将接受来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接受的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件；本专利技术基于RS232串口进行数据通信，串口通信模块通过调用WindowsAPI函数对串口进行相应的操作；如打开串口、发送数据、接受数据、串口初始化设置、关闭串口等操作，随机数生成模块在java中使用java.util.Random类来产生一个随机数发生器，进而产生需要的10串；所述有效位分析模块是通过偏振光获得密钥的核心操作，密钥分发系统通过有效位分析最终获得相应密钥；所述AES加密模块是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“状态(state)”，其初值就是一个明文分组(矩阵中一个元素大小就是明文分组中的一个Byte)，Rijndael加密法因支持更大的分组，其矩阵行数视情况增加，加密时，各轮AES加密循环，除最后一轮外均包含字节代换、行移位、列混合、密钥加4个步骤；MD5密钥扩展模块通过偏振光产生的64位种子，通过Hash算法中的MD5算法进行密钥扩展，扩展出最终用作AES加密的128位密钥；所述通信模块包括身份验证、通信验证、单片机-PC机通信和通信4个部分。进一步优选，所述有效位分析模块具体流程为：首先分析两偏振片的不同状态，若偏振片A与偏振片B所选择的基相同，则此时通过光强感受器B所感受到的光强为1/2I0+1/2I或者1/2I，从而能判断A所发送的对应位数字；若偏振片A与偏振片B所选择的基不同，则此时通过光强感受器B所感受到的光强在上述1/2I0+1/2I或者1/2I的2种情况之间；有效位分析模块通过对光强感受器数据进行分析，保留基相同的部分，舍去基不相同的部分，并定义基相同的位为有效位，之后将有效位上的对应的数字作为密钥，完成有效位分析的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于偏振光的密钥分发系统，其特征在于，包括光强感受模块、电机控制模块串口通信模块、随机数生成模块，有效位分析模块、AES加密模块、MD5密钥扩展模块和通信模块：所述光强感受模块为BH1759FVI模块，其电路中：PD为接近人眼反应的光敏二极管；AMP为集成运算放大Interface为光强度计算和I2C总线接口，包括下列寄存器：数据寄存器、光强度数据寄存、测量时间寄存器、时间测量数据寄存，初始值分别为“0000_0000_0000_0000”和“0100_0101”；OSC为内部振荡器，时钟频率典型值：320kHz，所述时钟为内部逻辑时钟，将所述BH1759FVI模块与单片机相连接，通过串口获得光强感受器所探测到的光强，在连续H分辨率模式2下，测量时间为120ms，光强分辨率0.5lx；所述电机控制模块串口通信模块采用FL42STH38‑0806A型步进电机，额定电压6v，步距角1.8°，步进电机转子为永磁体，所述步进电机与偏振片相连接，通过单片机产生脉冲控制步进电机转；所述串行接口模块一种将接受来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接受的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件；串口通信模块通过调用WindowsAPI函数对串口进行相应的操作；随机数生成模块在java中使用java.util.Random类来产生一个随机数发生器，进而产生需要的10串；所述有效位分析模块是通过偏振光获得密钥的核心操作，密钥分发系统通过有效位分析最终获得相应密钥；所述AES加密模块是在一个4×4的字节矩阵上运作，其初值就是一个明文分组，Rijndael加密法因支持更大的分组，其矩阵行数视情况增加，加密时，各轮AES加密循环，除最后一轮外均包含字节代换、行移位、列混合、密钥加4个步骤；MD5密钥扩展模块通过偏振光产生的64位种子通过Hash算法中的MD5算法进行密钥扩展扩展出最终用作AES加密的128位密钥；所述通信模块包括身份验证、通信验证、单片机‑PC机通信和通信4个部分。...

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振光的密钥分发系统，其特征在于，包括光强感受模块、电机控制模块、串口通信模块、随机数生成模块，有效位分析模块、AES加密模块、MD5密钥扩展模块和通信模块：所述光强感受模块为BH1759FVI模块，其电路中：PD为接近人眼反应的光敏二极管；AMP为集成运算放大器，Interface为光强度计算和I2C总线接口，包括下列寄存器：数据寄存器、光强度数据寄存器、测量时间寄存器、时间测量数据寄存器，初始值分别为“0000_0000_0000_0000”和“0100_0101”；OSC为内部振荡器，时钟频率典型值：320kHz，所述时钟为内部逻辑时钟，将所述BH1759FVI模块与单片机相连接，通过串口获得光强感受器所探测到的光强，在连续H分辨率模式2下，测量时间为120ms，光强分辨率0.5lx；所述电机控制模块采用FL42STH38-0806A型步进电机，额定电压6v，步距角1.8°，步进电机转子为永磁体，所述步进电机与偏振片相连接，通过单片机产生脉冲控制步进电机转；所述串口通信模块一种将接受来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接受的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件；串口通信模块通过调用WindowsAPI函数对串口进行相应的操作；随机数生成模块在java中使用java.util.Random类来产生一个随机数发生器，进而产生需要的10串；所述有效位分析模块是通过偏振光获得密钥的核心操作，密钥分发系统通过有效位分析最终获得相应密钥；所述AES加密模块是在一个4×4的字节矩阵上运作，其初值就是一个明文分组，Rijndael加密法因支持更大的分组，其矩阵行数视情况增加，加密时，各轮AES加密循环，除最后一轮外均包含字节代换、行移位、列混合、密钥加4个步骤；MD5密钥扩展模块通过偏振光产生的64位种子，通过Hash算法中的MD5算法进行密钥扩展，扩展出最终用作AES加密的128位密钥；所述通信模块包括身份验证、通信验证、单片机-PC机通信和通信4个部分；所述有效...

【专利技术属性】
技术研发人员：王萍，王硕，郭迎，王博，金玲攀，赵志胜，施荣华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43