[发明专利]一种基于偏振光的密钥分发系统

摘要

本发明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。

主权项

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所感受到的光强在所述1/2I0+1/2I或者1/2I的2种情况之间；I的含义是光强，I0的含义是恒定的光强；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作。