CN103873228A - 一种基于磁场及可见光的加密通讯方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于磁场及可见光的加密通讯方法及系统，该方法包括：使发射端和接收端的靠近，自动识别打开电源启动两者通讯；发射端和接收端采集磁场信息；发射端以磁场信息作为密钥加密原始数据并通过可见光发射；接收端接收到可见光数据后，以磁场信息作为密钥解密得原始数据，并执行相应控制动作。其实现了以实时获取的地磁环境数据作为密钥、加密可见光的通讯，可见光信号传输不受电磁干扰，不具穿透性，安全性高。发射端和接收端均设置接近感应器，能够检测发射端与接收端是否靠近，自动选择通讯模式或省电模式。

Description

一种基于磁场及可见光的加密通讯方法及系统

技术领域

本发明属于可见光通信技术，特别是一种基于磁场及可见光的加密通讯方法及系统。

背景技术

传统门禁和汽车门锁系统主要采用无线射频技术，该技术有很好的穿透性，然而这一特性又使得无线射频信号容易被电磁干扰，被截获复制，造成开锁的信息泄漏而导致财产损失。可见光不受电磁干扰、不具穿透性，因而具有很高的安全性。

可见光在很多现有设备上如手机的LED灯只有单向发射的功能，只能实现单向的通讯；而且大部分手机都配备地磁传感器，以磁场信息作为加密密钥可方便高效的实现单向的可见光通信的加密通讯。

AES加密算法是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院 （NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

8b/10b编码是目前许多高速串行总线采用的编码机制，如 USB3.0、1394b、Serial ATA、PCI Express、Infini-band、Fibre Channel(网状通道)、RapidIO等总线或网络等。

8b/10b编码是将一组连续的8位数据分解成两组数据，一组3位，一组5位，经过编码后分别成为一组4位的代码和一组6位的代码，从而组成一组10位的数据发送出去。相反，解码是将1组10位的输入数据经过变换得到8位数据位。

目前，发射端和接收端以所处的地磁环境数据作为密钥，以加密的可见光信号实现的通讯方法未见有关文件披露。

发明内容

为避免现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种基于磁场及可见光的加密通讯方法及系统，以满足门禁、汽车门锁等等实现可见光安全通讯的需求。

本发明一种基于磁场及可见光的加密通讯方法，采取以下步骤：

S1、使发射端向接收端靠近，两者的接近感应器被触发，打开电源启动两者通讯；

S2、发射端通过地磁场采集模块M1、数据采集模块分别采集所在处的地磁场信息和原始数据，以地磁场信息作为密钥对原始数据进行加密，再进行编码，透过可见光发射模块将得到的编码信息调制成可见光信号发送； 

接收端通过地磁场采集模块M2同时采集所在处的地磁场信息，对可见光接收模块接收到的所述可见光信号进行解码，并以地磁场信息作为密钥对解码后的信息数据解密，如果解密成功得到来自发射端的所述原始数据，并执行相应控制动作；如果解密失败，则发出相应提示，并返回步骤S1。

其中，在发射端以地磁场信息作为密钥、采用AES加密算法等其他加密算法对原始数据进行加密。

所述地磁场信息包括3轴或2轴方向上的Gauss强度。

步骤S1中，所述的接近感应器可以选择霍尔感应开关或光电开关等。

步骤S2中，对所述加密信息采用8B/10B或4B/5B等方式进行编码。所述解码也采用相应8B/10B或4B/5B方式。 

所述地磁场采集模块M1、地磁场采集模块M2采用ST的LSM303D或其他厂家的磁场传感器。 

实现上述通讯方法的一种基于磁场及可见光的加密通讯系统，包括发射端和接收端； 

所述发射端包含数据采集模块，地磁场采集模块M1，加密模块，可见光发射模块，连接于加密模块的输出端与可见光发射模块的输入端之间的编码模块，以及由接近感应器A1控制的电源P1；所述数据采集模块的输出端、地磁场采集模块M1的输出端分别连接于所述加密模块的一个输入端；

所述接收端包含可见光接收器，连接于可见光接收器输出端的解码模块，解密模块，地磁场采集模块M2，连接于解密模块输出端的安全控制模块，显示模块，以及由接近感应器A2控制的电源P2；所述解码模块的输出端、地磁场采集模块M2的输出端分别连接所述解密模块的一个输入端；

所述接近感应器A1、 A2用于检测发射端与接收端是否靠近，当发射端与接收端靠近到设定的通讯距离时，两者的所述接近感应器A1、 A2被触发，进而打开电源P1、P2启动发射端与接收端通讯；否则进入省电状态。

其中，所述接近感应器A1、A2可以选择霍尔感应开关或光电开关等。

所述地磁场采集模块M1、地磁场采集模块M2为ST的LSM303D或其他厂家的磁场传感器。 

所述数据采集模块为ADC或其他数据采集器件。

本发明在发射端和接收端之间，实现了以实时获取的地磁环境数据作为密钥、加密可见光的安全通讯。可见光信号传输不受电磁干扰，不具穿透性，因而具有很高的安全性。

本发明方法采用AES加密算法和8b/10b编码方式。采用8b/10b编码方式，可使得发送的“0”、“1”数量保持基本一致，连续的“1”或“0”不超过5位，即每5个连续的“1”或“0”后必须插入一位“0”或“1”，从而保证信号DC平衡。在可见光通信中使用8b/10b编码，可以使LED闪烁频率更高，不容易让人眼察觉到闪烁。

本发明的发射端和接收端均设置一个控制电源的接近感应器，能够检测发射端与接收端是否靠近，并控制电源的打开或关闭，自动选择通讯模式或省电模式。

附图说明

图1是本发明实施例基于磁场及可见光的加密通讯系统的发射端结构示意图；

图2是本发明实施例基于磁场及可见光的加密通讯系统的接收端结构示意图；

图3是本发明方法的流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做详细描述。

参照图1、图2，实施例基于磁场及可见光的加密通讯系统包括发射端1和接收端2。 

图1发射端1包含电源P1，数据采集模块，地磁场采集模块M1，加密模块，可见光发射模块，以及连接于加密模块的输出端与可见光发射模块的输入端之间的编码模块；所述数据采集模块的输出端、地磁场采集模块M1的输出端分别连接于所述加密模块的一个输入端。

图1中，数据采集模块为ADC或其他数据采集器件，用于采集待发送的原始数据。

磁场采集模块是ST的LSM303D或其他家的磁场传感器，用于采集发射端1所处的地磁场信息。

加密模块进行AES或其他算法加密。编码模块对所述加密信息进行8B/10B编码，除8B/10B外，也可采用如4B/5B等其他编码方式。

可见光发射模块是LED或其他可见光发射设备，用于将所述编码模块得到的编码信息调制成可见光信号发送给所述接收端2。电源P1可以采用充电电池或纽扣电池。

图1发送端1可以采用汽车或门禁钥匙的形式，也可以是手机、平板电脑、个人数字助理、MP3 或者笔。

图2接收端2包含电源P2，可见光接收器，连接于可见光接收器输出端的解码模块，解密模块，地磁场采集模块M2，连接于解密模块输出端的安全控制模块，以及显示模块；所述解码模块的输出端、地磁场采集模块M2的输出端分别连接所述解密模块的一个输入端。

可见光接收器是PD或可见光接收设备，用于接收所述发射端1的发送模块发送的可见光信号。

解码模块与所述发射端1的所述编码模块匹配，对所述可见光信号进行解码。

解密模块与所述发射端1的所述加密模块匹配，用于对加密信息的解密。

磁场采集模块采用ST的LSM303D或其他家的磁场传感器。安全控制模块用于在所述解密模块成功解密出发射信息后，进而执行汽车门锁的开关或其他门禁等安全设备的控制操作。

电源P2 可以采用充电电池或纽扣电池。

显示模块是LCD或其他显示设备，用于在所述解密模块解密失败后显示提示，以及传输处理过程中的信息显示等。

为了检测发射端1与接收端2是否靠近，并打开电源启动两者之间的通讯，图1发射端1还设置了一个与开电源P1连接的接近感应器A1,用于控制电源P1的打开/关闭；图2接收端2对应设置了接近感应器A2，A2与电源P2连接控制电源P2的打开/关闭。发射端1向接收端2靠近，当发射端1与接收端2靠近到设定的通讯距离时，两者的接近感应器A1、 A2被触发，进而打开电源P1、P2启动发射端1与接收端2通讯。

接近感应器A1、接近感应器A2可以采用传统的霍尔感应开关、光电开关等。本实例中，

接近感应器A1采用ST188反射式红外光电开关，如果发射端1靠近接收端2至20~30mm处，ST188内接收管接收到由接收端2反射回来的红外线，红外接收头导通，E管脚输出高电平，则打开电源P1启动两者通讯；如果没有没有接收到反射回来的红外线，红外接收头不导通，E管脚输出低电平，则电源P1不会被打开，系统进入省电状态。接近感应器A2也采用ST188反射式红外光电开关，接收端2的ST188控制电源P2打开/关闭方法同上。

对于本发明通讯方法通过图3流程图，结合图1、图2所示实施例系统进一步说明。该方法包括步骤：

S1、使发射端1向接收端2靠近，两者的接近感应器A1、A2（如光电开关）被感应触发，进而打开电源P1、P2启动发射端1与接收端2通讯；

S2、发射端1的地磁场采集模块M1、数据采集模块分别采集所在处的地磁场信息和原始数据，以地磁场信息作为密钥、采用AES加密算法对原始数据进行加密，对加密信息进行8B/10B编码，透过可见光发射模块将得到的编码信息调制成可见光信号发送； 

接收端通过地磁场采集模块M2同时采集所在处的地磁场信息，对可见光接收模块接收到的所述可见光信号进行8B/10B解码，并以地磁场信息作为密钥对解码后的信息数据解密，如果解密成功得到来自发射端的所述原始数据，并执行相应控制动作（如汽车门锁的开关、门禁安全设备的控制操作）；如果解密失败，则发出相应提示，并返回步骤S1。

以上通过具体实施例对本发明做了详细的说明，这些详细的描述不能认为本发明仅仅限于这些实施例的内容。本领域技术人员根据本发明构思、这些描述并结合本领域公知常识做出的任何改进、等同替代方案，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于磁场及可见光的加密通讯方法，其特征在于采取以下步骤：

S1、使发射端向接收端靠近，两者的接近感应器被触发，打开电源启动两者通讯；

S2、发射端通过地磁场采集模块M1、数据采集模块分别采集所处的地磁场信息和原始数据，以地磁场信息作为密钥对原始数据进行加密，再进行编码，透过可见光发射模块将得到的编码信息调制成可见光信号发送； 

接收端通过地磁场采集模块M2同时采集所处的地磁场信息，对可见光接收模块接收到的所述可见光信号进行解码，并以地磁场信息作为密钥对解码后的信息数据解密，如果解密成功得到来自发射端的所述原始数据，并执行相应控制动作；如果解密失败，则发出相应提示,并返回步骤S1。

2.如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述的接近感应器选择霍尔感应开关或光电开关。

3.如权利要求l所述的方法，其特征在于，在发射端以地磁场信息作为密钥、采用AES加密算法对原始数据进行加密。

4.如权利要求l或3所述的方法，其特征在于，所述地磁场信息是3轴方向上的Gauss强度或2轴方向上的Gauss强度。

5.如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述编码、解码均采用8B/10B方式或4B/5B方式。

6.如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述地磁场采集模块M1、地磁场采集模块M2采用ST的LSM303D磁场传感器或其他厂家的磁场传感器。

7.一种基于磁场及可见光的加密通讯系统，其特征在于包括发射端和接收端； 

所述发射端包含数据采集模块，地磁场采集模块M1，加密模块，可见光发射模块，连接于加密模块的输出端与可见光发射模块的输入端之间的编码模块，以及由接近感应器A1控制的电源P1；所述数据采集模块的输出端、地磁场采集模块M1的输出端分别连接于所述加密模块的一个输入端；

所述接收端包含可见光接收器，连接于可见光接收器输出端的解码模块，解密模块，地磁场采集模块M2，连接于解密模块输出端的安全控制模块，显示模块，以及由接近感应器A2控制的电源P2；所述解码模块的输出端、地磁场采集模块M2的输出端分别连接所述解密模块的一个输入端；

所述接近感应器A1、 A2用于检测发射端与接收端是否靠近，并控制所述电源P1、P2的打开/关闭。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述接近感应器A1、 接近感应器A2为霍尔感应开关或光电开关。

9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述地磁场采集模块M1、地磁场采集模块M2均为LSM303D磁场传感器或其他厂家的磁场传感器。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于， 所述数据采集模块为ADC数据采集器件。

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