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专利号: 2021112099639
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于USRP和GNU Radio的加密传输系统,其特征在于,所述系统包括发送端和接收端,所述系统用于执行以下步骤:步骤(1):发送端和接收端双方获取并保存密钥库;

步骤(2):发送端从密钥库随机选取密钥,并保存选取密钥的密钥数字指针,将需要加密的明文文本通过高级加密标准加密算法进行加密,得到密文文本;所述密钥数字指针为从密钥库中随机选取密钥的序号;

步骤(3):在密文文本前加上密钥数字指针,采用自动请求重传协议对密文文本进行封装,得到封装好的数据帧;

步骤(4):将封装好的数据帧经过编码、调制后得到处理好的模拟信号,通过USRP将处理好的模拟信号发送至接收端;

所述步骤(4)包括以下子步骤:

(4.1)封装好的数据帧通过发送端的Gnu Radio进行处理,所述发送端的Gnu Radio搭建第一GRC流图,所述第一GRC流图包括数据读取模块、编码模块、调制模块、UHD‑USRP模块,封装好的数据帧进入GRC流图后经过数据读取模块,将数据帧进行读取并转换成比特流;

(4.2)比特流经过编码模块,转换成数字信号;

(4.3)随后经过调制模块进行GMSK调制转换成模拟信号;

(4.4)再经过UHD‑USRP模块,配置USRP的仿真参数;

(4.5)最后将处理好的模拟信号通过USRP发送至接收端;

步骤(5):接收端接收到模拟信号,经过解调、解码后得到封装好的数据帧;

所述步骤(5)包括以下子步骤:

(5.1)接收端收到发送端发过来的处理好的模拟信号,并进入接收端的Gnu Radio进行处理;

(5.2)所述接收端的Gnu Radio搭建第二GRC流图,所述第二GRC流图包括UHD‑USRP模块、解调模块、解码模块、信息存储模块;

(5.3)接收端的Gnu Radio通过UHD‑USRP模块将模拟信号传入;

(5.4)之后经过解调模块进行GMSK解调转换成数字信号;

(5.4)随后经过解码模块,把数字信号转换成比特流;

(5.5)再经过信息存储模块,把比特流转换成封装好的数据帧,接收端接收到数据帧后,发送确认帧ACK给发送端,发送端接收到确认帧后则停止发送此数据帧,若没有收到确认帧ACK,则重传发送的数据帧,直到发送端接收到所有数据帧的ACK后,则发送与接收完毕;

步骤(6):通过自动请求重传协议对封装好的数据帧进行分包识别处理,并重构数据内容得到密文文本;

步骤(7):识别密钥数字指针,用相对应的密钥对密文文本进行解密,最终还原得到最初的明文,实现文本通过无线通信的加密传输。

2.根据权利要求1所述的一种基于USRP和GNU Radio的加密传输系统,其特征在于,所述步骤(1)包括以下子步骤:(1.1)随机产生256个密钥,每个密钥有32位字节,并用base64进行编码,编码后字节数变为原字节的4/3,小数部分进位;

(1.2)将所有编码后的密钥放入密钥库,发送端和接收端双方获取并保存密钥库。

3.根据权利要求1所述的一种基于USRP和GNU Radio的加密传输系统,其特征在于,所述步骤(2)包括以下子步骤:(2.1)发送端从密钥库随机选取一个密钥,并且保存密钥数字指针;

(2.2)使用密钥对需要加密的明文文本通过高级加密标准加密算法进行加密,并且在密文前添加密钥数字指针;

(2.3)加密过程:将明文文本分成许多组,分组完成后,将第一段明文文本与初始块进行异或,再利用密钥进行加密,生成密文1,密文1同第二段明文进行异或后,再利用密钥进行加密,生成密文2,以此类推,直到最后一段明文异或结束,得到最终的密文文本。

4.根据权利要求1所述的一种基于USRP和GNU Radio的加密传输系统,其特征在于,所述步骤(3)包括以下子步骤:(3.1)在步骤(2)得到的密文文本前加上密钥数字指针;

(3.2)采用自动请求重传协议对所述加上密钥数字指针的密文文本进行封装;

(3.3)封装过程为:将密文文本封装成三种类型的数据帧,分别为HEAD类型的数据帧,DATA类型的数据帧,以及ACK类型的数据帧;HEAD类型的数据帧存放的是密文文本的文件名以及密文文本的内容总共被分成了几个包,即为HEAD的MSG内容;DATA类型的数据帧存放的是密文文本被分割后的密文包标号以及密文包里的内容,即为DATA的MSG内容;ACK类型的数据帧存放的是接收端确认接收到数据帧的个数,以及确认接收数据帧的标号,即为ACK的MSG内容;所述三种类型的数据帧进行组帧时要加3个字节的同步位,1个字节的类型数据,1个字节的长度数据,216个字节的PDU帧数据单元;组帧完成后得到封装好的数据帧。

5.根据权利要求1所述的一种基于USRP和GNU Radio的加密传输系统,其特征在于,所述仿真参数为:采样频率为320K Samples/s,中心频率为2.4Ghz,发送和接收天线增益均为

40db,调制方式均为GMSK调制。

6.据权利要求4所述的一种基于USRP和GNU Radio的加密传输系统,其特征在于,所述步骤(6)包括以下子步骤:(6.1)通过自动请求重传协议对封装好的数据帧进行分包识别处理;

(6.2)将每个数据帧进行CRC‑16校验,若校验成功,则接收这个数据帧,并反馈确认帧ACK给发送端,若检验不成功,就不接收此数据帧;

(6.3)对校验成功的数据帧进行区分:若识别为HEAD类型的数据帧,则先从数据内容MSG中得到密文文本的文件名以及密文文本的内容总共被分成了几个包;若识别为DATA类型的数据帧,则从MSG的内容中得到密文文中被分割后的密文包标号以及密文包里的内容;

若识别为ACK类型的数据帧,则从MSG的内容里得到接收端确认接收到的数据帧的个数以及确认接收数据帧的标号;

(6.4)接收端接收到所有的数据帧后,将MSG的内容进行重构,重组数据恢复密文文本。

7.据权利要求1所述的一种基于USRP和GNU Radio的加密传输系统,其特征在于,所述步骤(7)包括以下子步骤:(7.1)识别步骤(6)恢复的密文文本并获得密钥数字指针,根据密钥数字指针从密钥库找到所用密钥;

(7.2)采用base64方法解码密钥,得到初始块,密文,哈希运算消息认证码;

(7.3)计算哈希运算消息认证码,并与之前的哈希运算消息认证码进行验证,判断密钥的有效性;

(7.4)使用密钥对密文进行解密,解密是与加密相反的操作:首先对初始向量用密钥进行解密,得到初始块,将密文块进行切分,先将密文的第一块用密钥进行解密,然后将结果与初始块进行异或,得到明文1,本次解密得到的明文1作为下一次解密的初始块,密文的第二块用密钥进行解密,与明文1进行异或得到明文2,以此类推,直到最后一个解密完成,得到明文文本。