可见光通信系统中的宽松解密方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种可见光通信系统中的宽松解密的方法，包括：在接收端接收来自发射端的可见光信号，该可见光信号在该发射端至少部分地用随该发射端的状态机的状态变化的密钥被加密；以及用与该接收端的状态机的当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的至少一个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密。
【专利说明】可见光通信系统中的宽松解密方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可见光通信系统，尤其涉及一种可见光通信系统中的宽松解密方法和装置。
【背景技术】
[0002]可见光通信技术是一种在LED技术上发展起来的新型无线光通信技术。通过LED光源的高频率闪烁来进行通信，有光代表1，无光代表0，可见光通信的传输速率最高达每秒千兆。可见光通信有着相当丰富的频谱资源，这是包括微波通信在内的一般无线通信无法比拟的。同时，可见光通信可以适用任何通信协议、适用于任何环境，并且可见光通信的设备架设灵活便捷、成本低廉，适合大规模普及应用。
[0003]可见光通信系统利用可见光进行近距离通信，可见光的指向性高，不能穿透障碍物，比使用无线通信方式具有更高的安全性。目前已有一些可见光通信系统开始应用，如光子物联网中的门禁系统等。这种门禁系统利用可见光进行单向传输。发射端中的身份信息通过脉冲调制和电光转换，变成可见光信号被发射出去。接收端将接收到的可见光信号转化为电信号，从中获得发射端的信息，并将其发送至门禁控制器进行权限判断，确定是否打开门锁。
[0004]为了使可见光通信更安全，防止高速摄像机进行拍摄以复制同样频闪的光信号来获得打开门锁的权限，这种门禁系统还可采用同步方式对发射端和接收端分别进行加密和解密。换言之，用于加密和解密的密钥分别在发射端和接收端随时间进行同步变化，才能使用相同的密钥进行加密和解密。
[0005]实践中，用于加密和解密的密钥分别在发射端和接收端随各自的时钟系统进行变化。由于每个时钟系统所用的晶振的频率都存着一定的误差。当可见光通信系统中的发射端和接收端的晶振频率存在误差时，随着运行的时间越长，收发两端时钟系统的误差就越大，从而导致收发两端的系统时间不能进行同步变化，进而使得收发两端的加密和解密密钥也不能同步。以标准时间为参照，可能发射端的时钟系统走的慢，接收端的时钟系统走的快，或反之。在发射端慢、接收端快的情形中，当发射端的状态机还处于状态N时，可能接收端的状态机已经跳变至状态N+1。此时，接收端解密可见光信号所用的密钥与发射端加密所用的密钥不一致，导致接收端不能正确地进行解密。
[0006]本领域亟需一种在可见光通信系统中接收端与发射端不严格同步的情况下仍能正确解密的方法。
【发明内容】
[0007]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。[0008]根据本发明的一方面，提供了一种可见光通信系统中的宽松解密的方法，该方法包括:在接收端接收来自发射端的可见光信号，该可见光信号在该发射端至少部分地用随该发射端的状态机的状态变化的密钥被加密；以及用与该接收端的状态机的当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的至少一个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密。
[0009]在一实例中，用与该接收端的状态机的该当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的该至少一个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密包括:用与该接收端的状态机的该当前状态对应的密钥对该可见光信号进行解密；以及若用与该接收端的状态机的该当前状态对应的密钥对该可见光信号的解密未成功，则继续用与在该当前状态之前和/或之后的该至少一个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密。
[0010]在一实例中，用与在该当前状态之前和/或之后的该至少一个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密包括:按预定次序用与在该当前状态之前和/或之后的该至少一个状态中的每个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密，直至该可见光信号被成功解密或已使用与在该当前状态之前和/或之后的该至少一个状态中的所有状态对应的密钥对该可见光信号进行了解密为止。
[0011 ] 在一实例中，该可见光信号包括通信数据以及该发射端的标识符。
[0012]在一实例中，该通信数据用随该发射端的状态机的状态变化的该密钥被加密，而该发射端的该标识符未被加密，并且该接收端本地存储有与该发射端的该标识符相关联的通信数据。
[0013]在一实例中，该方法还包括从该可见光信号获得该发射端的该标识符，其中如果用与该接收端的状态机的该当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的该至少一个状态中的一个状态对应的密钥对该可见光信号解密得到的通信数据与该接收端本地存储的与该发射端的该标识符相关联的通信数据相同，则用与该一个状态对应的密钥对该可见光信号的解密成功，否则解密未成功。
[0014]在一实例中，该方法还包括:如果用与该接收端的状态机的该当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的该至少一个状态对应的密钥对该可见光信号的解密皆未成功，则将该可见光信号标识为非法信号，否则将该可见光信号标识为合法信号。
[0015]在一实例中，用与该接收端的状态机的该当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的该至少一个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密包括:按预定次序用与该当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的该至少一个状态中的每个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密，直至该可见光信号被解密成功或已使用与该当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的该至少一个状态中的所有状态对应的密钥对该可见光信号进行了解密。
[0016]在一实例中，该至少一个状态包括在该当前状态之前的预定数目个状态和在该当前状态之后的该预定数目个状态。
[0017]在一实例中，随该发射端的状态机的状态变化的密钥以及与该接收端的状态机的该当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的该至少一个状态对应的密钥是随时间变化的序列。
[0018]在一实例中，随时间变化的序列为伪码序列，该方法还包括将该可见光信号转换成数字信号，其中该解密包括该数字信号与伪码序列的逻辑与、逻辑或、逻辑异或、或者以上两者或更多者的组合。
[0019]根据本发明的另一方面，提供了一种通信装置，包括:接收器，其接收来自发射设备的可见光信号，该可见光信号在该发射设备至少部分地用随该发射设备的状态机的状态变化的密钥被加密；以及解码器，其用与该通信装置的状态机的当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的至少一个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密。
[0020]根据本发明的又一方面，提供了一种通信装置，包括处理器，该处理器配置成接收来自发射设备的可见光信号，该可见光信号在该发射设备至少部分地用随该发射设备的状态机的状态变化的密钥被加密，以及用与该通信装置的状态机的当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的至少一个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密；以及耦合至该处理器的存储器。
[0021]根据本发明的再一方面，提供了一种设备，包括:用于在接收端接收来自发射端的可见光信号的装置，该可见光信号在该发射端至少部分地用随该发射端的状态机的状态变化的密钥被加密；以及用于用与该接收端的状态机的当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的至少一个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密的装置。
[0022]根据本发明的又一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读介质，该计算机可读介质包括:用于在接收端接收来自发射端的可见光信号的代码，该可见光信号在该发射端至少部分地用随该发射端的状态机的状态变化的密钥被加密；以及用于用与该接收端的状态机的当前状态以及在该当前状态之前和/或之后的至少一个状态对应的密钥对该可见光信号进行解密的代码。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
[0024]图1是示出了可在其中实现本发明的可见光通信系统的框图。
[0025]图2是示出了可在图1的可见光通信系统中使用的加解密方法的流程图。
[0026]图3是示出了图1的可见光通信系统中的发射端和接收端的状态随时间变化的示意图。
[0027]图4是示出了根据本发明的一方面的用于可见光通信系统中的宽松解密方法的流程图。
[0028]图5是示出了根据本发明的一方面的通信装置的框图。
[0029]图6是示出了根据本发明的一方面的通信装置的框图。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
[0031]图1示出了一种可在其中实现本发明的可见光通信系统100。可见光通信系统100包括发射端110和接收端120。发射端110包括编码器111以及与编码器111相耦合的伪码信号发生器112。编码器111接收原始通信数据，并采用伪码信号发生器112产生的伪码信号对原始通信数据进行编码以产生扰码信号。由于产生的扰码信号与原始通信数据不同，因此起到了加密的作用。如在本文中使用的，术语“加密”和“编码”，以及“解密”和“解码”可以互换地使用。原始通信数据可以是与发射端110相关联的身份信息。编码器111将扰码信号输出至发光单元113，后者将接收到的扰码信号以可见光的形式发送出去。发光单元113可以是LED或其他具有发光功能的元件。发射端110可以是光子物联网中的手持式客户端。
[0032]接收端120包括用于接收发射端110发射的可见光信号、并将可见光信号转换为数字信号的接收单元123。解码器121接收由接收单元123输出的数字信号并采用伪码信号发生器122产生的伪码信号对其进行解码，以恢复出原始通信数据。在图1所示的可见光通信系统100中仅示出了一个发射端110，但是本领域技术人员容易领会，对应于一个接收端120往往存在多个发射端110。
[0033]为了使发射端110和接收端120之间的通信具有更高的安全性，防止高速摄像机拍摄复制光信号，所以在发射端110和接收端120中都使用了随时间变化的序列，如伪码序列，伪随机序列或伪随机码对原始通信数据进行了加密和解密。因此，如图1所示，伪码信号发生器112以晶振114提供的时钟信号为基准根据发射端110的状态机的状态输出随时间变化的伪码信号。相应地，接收端120中的伪码信号发射器122也以晶振124提供的时钟信号为基准根据接收端120的状态机的状态输出随时间变化的伪码信号。
[0034]图2示出了一种在可见光通信系统100中使用的加解密方法的流程图。在步骤201，发射端110对原始通信数据与随时间变化的第一伪码信号进行逻辑运算以获得扰码信号。原始通信数据可以是要发送的用户信息，例如用户ID信息、指纹、面部、虹膜、输入的密码其他辅助验证用户身份的信息等，当然也可以包括以上两者或更多者的组合，并且可以是一种数字序列信号。伪码信号可以是随单位时间变化的数字序列，其中该单位时间可以根据需要设置，例如，每天、每小时、每分钟、每秒等。原始通信数据与第一伪码信号的逻辑运算可以是逻辑与、逻辑或、逻辑异或等，也可以是上述运算中的任意两者或更多者的组
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[0035]例如原始通信数据为发射端的用户ID，并且始终为00001101。在经过5个单位时间T后所对应的发射端状态N+5下，第一伪码信号可以为10101010，则原始通信数据与第一伪码信号的逻辑运算，例如“异或”的过程如下表所示:
[0036]
【权利要求】
1.一种可见光通信系统中的宽松解密的方法，所述方法包括: 在接收端接收来自发射端的可见光信号，所述可见光信号在所述发射端至少部分地用随所述发射端的状态机的状态变化的密钥被加密；以及 用与所述接收端的状态机的当前状态以及在所述当前状态之前和/或之后的至少一个状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密。
2.如权利要求1所述的宽松解密的方法，其特征在于，用与所述接收端的状态机的所述当前状态以及在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密包括: 用与所述接收端的状态机的所述当前状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密；以及 若用与所述接收端的状态机的所述当前状态对应的密钥对所述可见光信号的解密未成功，则继续用与在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密。
3.如权利要求2所述的宽松解密的方法，其特征在于，用与在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密: 按预定次序用与在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态中的每个状态对应的密钥对所述可见光信 号进行解密，直至所述可见光信号被成功解密或已使用与在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态中的所有状态对应的密钥对所述可见光信号进行了解密为止。
4.如权利要求3所述的宽松解密的方法，其特征在于，所述可见光信号包括通信数据以及所述发射端的标识符。
5.如权利要求4所述的宽松解密的方法，其特征在于，所述通信数据用随所述发射端的状态机的状态变化的所述密钥被加密，而所述发射端的所述标识符未被加密，并且所述接收端本地存储有与所述发射端的所述标识符相关联的通信数据。
6.如权利要求4或5所述的宽松解密的方法，其特征在于，还包括: 从所述可见光信号获得所述发射端的所述标识符； 其中如果用与所述接收端的状态机的所述当前状态以及在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态中的一个状态对应的密钥对所述可见光信号解密得到的通信数据与所述接收端本地存储的与所述发射端的所述标识符相关联的通信数据相同，则用与所述一个状态对应的密钥对所述可见光信号的解密成功，否则解密未成功。
7.如权利要求6所述的宽松解密的方法，其特征在于，所述通信数据包括用户信息，所述用户信息包括ID信息、指纹、面部、虹膜、输入的密码、或者以上两者或更多者的组合，所述方法还包括: 如果用与所述接收端的状态机的所述当前状态以及在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态对应的密钥对所述可见光信号的解密皆未成功，则将所述可见光信号标识为非法信号，否则将所述可见光信号标识为合法信号。
8.如权利要求1所述的宽松解密的方法，其特征在于，用与所述接收端的状态机的所述当前状态以及在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密包括:按预定次序用与所述当前状态以及在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态中的每个状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密，直至所述可见光信号被解密成功或已使用与所述当前状态以及在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态中的所有状态对应的密钥对所述可见光信号进行了解密。
9.如权利要求1所述的宽松解密的方法，其特征在于，所述至少一个状态包括在所述当前状态之前的预定数目个状态和在所述当前状态之后的所述预定数目个状态。
10.如权利要求1所述的宽松解密的方法，其特征在于，随所述发射端的状态机的状态变化的密钥以及与所述接收端的状态机的所述当前状态以及在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态对应的密钥是随时间变化的序列。
11.如权利要求10所述的宽松解密的方法，其特征在于，所述随时间变化的序列为伪码序列，所述方法还包括将所述可见光信号转换成数字信号，其中所述解密包括所述数字信号与伪码序列的逻辑与、逻辑或、逻辑异或、或者以上两者或更多者的组合。
12.一种通信装置，包括: 接收器，其接收来自发射设备的可见光信号，所述可见光信号在所述发射设备至少部分地用随所述发射设备的状态机的状态变化的密钥被加密；以及 解码器，用与所述通信装置的状态机的当前状态以及在所述当前状态之前和/或之后的至少一个状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密。
13.如权利要求12所述的通信装置，其特征在于，所述解码器用与所述通信装置的状态机的所述当前状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密，并且若用与所述通信装置的状态机的所述当前状态对应的密钥对所述可见光信号的解密未成功，则继续用与在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密。
14.如权利要求13所述的通信装置，其特征在于，所述解码器按预定次序用与在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态中的每个状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密，直至所述可见光信号被成功解密或已使用与在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态中的所有状态对应的密钥对所述可见光信号进行了解密为止。
15.如权利要求12所述的通信装置，其特征在于，所述解码器按预定次序用与所述当前状态以及在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态中的每个状态对应的密钥对所述可见光信号进行解密，直至所述可见光信号被解密成功或已使用与所述当前状态以及在所述当前状态之前和/或之后的所述至少一个状态中的所有状态对应的密钥对所述可见光信号进行了解密。
【文档编号】H04B10/85GK103840891SQ201310314157
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】不公告发明人 申请人:深圳光启创新技术有限公司