一种加密通信方法、装置及系统

本申请实施例涉及通信，尤其涉及一种加密通信方法、装置及系统。

背景技术：

1、在物理层安全光通信技术中，需要在发送端和接收端分发共享的密钥。密钥的安全性直接决定了加密系统的安全性。在经典光纤信道中实现密钥分发需要额外占用时隙、带宽资源，专用的量子密钥分发设备昂贵，难以推广应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例的目的在于提出一种加密通信方法、装置及系统，能够同时传输数据和分发密钥。

2、基于上述目的，本申请实施例提供了一种加密通信方法，应用于发送端，包括：

3、对待发送信号和待分发的密钥分别进行前向纠错编码，得到编码后的待发送信号和编码后的密钥；

4、对所述编码后的待发送信号进行加基处理，得到密文信号；其中，所述密文信号包括低位的状态基；

5、对所述编码后的密钥进行扩频处理，得到扩频处理后的密钥序列；

6、对于所述密文信号中的每个密文符号，将状态基中的密钥携带位替换为所述扩频处理后的密钥序列中的密钥位，得到一体化密文信号；

7、将所述一体化密文信号映射为调制符号，发送调制符号。

8、可选的，对所述编码后的密钥进行扩频处理，得到扩频处理后的密钥序列，包括：

9、根据所述密文信号中密文符号的数量和所述待分发密钥的位数，选取扩频码；

10、利用选取的扩频码对所述编码后的密钥进行扩频处理，得到扩频处理后的密钥序列。

11、可选的，所述密钥序列的数据传输速率等于所述密文符号的数据传输速率，所述密钥序列的长度与所述密文符号的数量相等。

12、可选的，所述密钥携带位的位置由发送端和接收端根据预设的性能指标确定。

13、可选的，将一体化密文信号映射为调制符号映射方法为：

14、

15、

16、其中，n为状态基的位数，m为待发送信号的比特数，分别为扩频处理后的密钥序列中的i路、q路密钥位，i’m为一体化密文信号的i路信号的第m位，q’m一体化密文信号的q路信号的第m位，i’n为i路信号的状态基的第n位，q’n为q路信号的状态基的第n位，k为密钥携带位的位置。

17、本申请实施例还提供一种加密通信方法，应用于接收端，包括：

18、对接收信号进行减基处理，得到多个低阶的调制符号；其中，所述低阶的调制符号包括高位的密文信号、密钥携带位和除密钥携带位之外的状态基；

19、对于每个低阶的调制符号，对所述高位的密文信号进行前向纠错解码，得到解码后的密文信号，基于所述解码后的密文信号和所述除密钥携带位之外的状态基，提取所述密钥携带位上携带的密钥位；

20、基于各低阶的调制符号上提取的密钥位，进行解扩频处理，得到解扩频处理后的密钥符号；

21、将所述解扩频处理后的密钥符号映射为密钥序列；

22、对所述密钥序列进行前向纠错解码，得到分发的密钥。

23、可选的，提取所述密钥携带位上携带的密钥位包括：

24、

25、

26、

27、其中，为从调制符号的i路信号中提取出的密钥位，为从调制符号的q路信号中提取出的密钥位，k为密钥携带位的位置，为解码后的密文信号的i路信号的第m位，i’n为用于加密i路信号的状态基的第n位，和分别表示接收端接收信号的实部和虚部，为解码后的密文信号的q路信号的第m位，q’n为用于加密q路信号的状态基的第n位。

28、本申请实施例还提供一种加密通信装置，应用于发送端，包括：

29、编码模块，用于对待发送信号和待分发的密钥分别进行前向纠错编码，得到编码后的待发送信号和编码后的密钥；

30、加基模块，用于对所述编码后的待发送信号进行加基处理，得到密文信号；其中，所述密文信号包括低位的状态基；

31、扩频模块，用于对所述编码后的密钥进行扩频处理，得到扩频处理后的密钥序列；

32、替换模块，用于对于所述密文信号中的每个密文符号，将状态基中的密钥携带位替换为所述扩频处理后的密钥序列中的密钥位，得到一体化密文信号；

33、调制模块，用于将所述一体化密文信号映射为调制符号，发送调制符号。

34、本申请实施例还提供一种加密通信装置，应用于接收端，包括：

35、减基模块，用于对接收信号进行减基处理，得到多个低阶的调制符号；其中，所述低阶的调制符号包括高位的密文信号、密钥携带位和除密钥携带位之外的状态基；

36、提取模块，用于对于每个低阶的调制符号，对所述高位的密文信号进行前向纠错解码，得到解码后的密文信号，基于所述解码后的密文信号和所述除密钥携带位之外的状态基，提取所述密钥携带位上携带的密钥位；

37、解扩频模块，用于基于各低阶的调制符号上提取的密钥位，进行解扩频处理，得到解扩频处理后的密钥符号；

38、映射模块，用于将所述解扩频处理后的密钥符号映射为密钥序列；

39、解码模块，用于对所述密钥序列进行前向纠错解码，得到分发的密钥。

40、本申请实施例还提供一种加密通信系统，包括：

41、发送端，用于对待发送信号和待分发的密钥分别进行前向纠错编码，得到编码后的待发送信号和编码后的密钥；对所述编码后的待发送信号进行加基处理，得到密文信号；其中，所述密文信号包括低位的状态基；对所述编码后的密钥进行扩频处理，得到扩频处理后的密钥序列；对于所述密文信号中的每个密文符号，将状态基中的密钥携带位替换为所述扩频处理后的密钥序列中的密钥位，得到一体化密文信号；将所述一体化密文信号映射为调制符号，发送调制符号；

42、接收端，用于对接收信号进行减基处理，得到多个低阶的调制符号；其中，所述低阶的调制符号包括高位的密文信号、密钥携带位和除密钥携带位之外的状态基；对于每个低阶的调制符号，对所述高位的密文信号进行前向纠错解码，得到解码后的密文信号，基于所述解码后的密文信号和所述除密钥携带位之外的状态基，提取所述密钥携带位上携带的密钥位；基于各低阶的调制符号上提取的密钥位，进行解扩频处理，得到解扩频处理后的密钥符号；将所述解扩频处理后的密钥符号映射为密钥序列；对所述密钥序列进行前向纠错解码，得到分发的密钥。

43、从上面所述可以看出，本申请实施例提供的加密通信方法、装置及系统，发送端对待发送信号和待分发的密钥分别进行前向纠错编码，得到编码后的待发送信号和编码后的密钥；对编码后的待发送信号进行加基处理，得到密文信号；对编码后的密钥进行扩频处理，得到扩频处理后的密钥序列；对于密文信号中的每个密文符号，将状态基中的密钥携带位替换为扩频处理后的密钥序列中的密钥位，得到一体化密文信号；将一体化密文信号映射为调制符号后发送。本申请能够实现同时同频传输数据和分发密钥，无需额外占用资源，也无需额外的设备，能够提高资源利用率，降低系统复杂度。

技术特征：

1.一种加密通信方法，应用于发送端，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述编码后的密钥进行扩频处理，得到扩频处理后的密钥序列，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述密钥序列的数据传输速率等于所述密文符号的数据传输速率，所述密钥序列的长度与所述密文符号的数量相等。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密钥携带位的位置由发送端和接收端根据预设的性能指标确定。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将一体化密文信号映射为调制符号映射方法为：

6.一种加密通信方法，应用于接收端，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，提取所述密钥携带位上携带的密钥位包括：

8.一种加密通信装置，应用于发送端，其特征在于，包括：

9.一种加密通信装置，应用于接收端，其特征在于，包括：

10.一种加密通信系统，其特征在于，包括：

技术总结
本申请实施例提供一种加密通信方法、装置及系统，发送端对待发送信号和待分发的密钥分别进行前向纠错编码，得到编码后的待发送信号和编码后的密钥；对编码后的待发送信号进行加基处理，得到密文信号；其中，所述密文信号包括低位的状态基；对所述编码后的密钥进行扩频处理，得到扩频处理后的密钥序列；对于所述密文信号中的每个密文符号，将状态基中的密钥携带位替换为所述扩频处理后的密钥序列中的密钥位，得到一体化密文信号；将所述一体化密文信号映射为调制符号，发送调制符号。本申请能够实现同时同频传输数据和分发密钥，无需额外占用资源，也无需额外的设备，能够提高资源利用率，降低系统复杂度。

技术研发人员：李亚杰,张杰,李宇昂,章明瑞,赵永利,王伟,祝孔妮,魏爽
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15