本发明涉及光子物联网技术领域， 具体的， 涉及基于可见光通信的加密、 解密及加解密方法和系统。 背景技术

无线光通信技术又称可见光通讯， 其通过 LED光源的高频率闪烁来进行 通信， 有光代表 1， 无光代表 0， 其传输速率最高达每秒千兆。 无线光通信技 术因为其数据不易被干扰和捕获、 光通信设备制作简单且不易损坏或消磁， 因 此可以用来制作无线光加密钥匙。 与微波技术相比， 无线光通信有相当丰富的 频谱资源， 这是一般微波通信和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；在安全 性方面，其相比传统的磁性材料， 无需担心消磁问题， 更不必担心通信内容被人窃取； 无线光通信的设备架设灵 活便捷， 且成本低廉， 适合大规模普及应用。

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息 承载体， 让所有能够被独立 寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。物 联网指的是将无处不在的末端设 备和设施， 通过各种无线或有线的长距离或短距离通讯网 络实现互联互通， 提 供安全可控乃至个性化的实时在线监测、 定位追溯、 报警联动、 调度指挥、 预 案管理、 远程控制、 安全防范、 远程维保、 在线升级、 统计报表、 决策支持、 领导桌面等管理和服务功能， 实现对设备的高效、 节能、 安全、 环保的 "管、 控、 营"一体化。 传统的物联网一般通过各种无线或有线的通讯 网络实现互联 互通， 采用传统的通信技术。

现有技术中， 存在利用可见光在自由空间中传输近距离通信 的物联网技 术， 这种利用可见光通信技术的物联网我们称之为 光子物联网。 光子物联网具 有传统物联网的功能， 只是通信的方式采用可见光进行通信。 由于可见光具有 指向性高、 不能穿透障碍物等特点， 因此比无线传输具备更高的安全性， 从而 利用可见光进行近距离通信的光子物联网也比 使用无线通信方式的物联网具 有更高的安全性。 但目前光子物联网技术并没有对原始数据进行 加密，而是直接将信号调制 到可见光信号上进行传输， 又或者只是对数据源进行了简单加密， 如将原始数 据和扰码进行逻辑运算， 但扰码序列是固定不变的。 这样就有可能存在一个安 全隐患， 例如使用高速摄像机进行拍摄， 就有可能复制出同样频闪的光信号， 再使用同类型的 LED发射器发射这种信号的话， 那么接收控制端也可能能识 别出这种复制的信号并认为其是合法的， 并且能正确还原出原始信号， 从而一 样能控制设备， 如打开门禁系统等， 因此存在安全隐患。 发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于可 见光通信的加解密方法和 系统， 能够提高光子物联网的安全性。

为解决上述技术问题，本发明一实施例提供了 一种基于可见光通信的加密 方法， 该方法包括： 对原始数据信号与随单位时间变化的伪码信号 进行逻辑运 算， 以获得扰码信号； 以及将所述扰码信号以可见光信号的形式发送 出去。

本发明还提供了一种基于可见光通信的加密系 统， 所述加密系统包括： 用 于产生并输出伪码信号的伪码发生器， 所述伪码信号随单位时间变化； 与伪码 发生器连接、用于对原始数据信号与伪码发生 器输出的伪码信号进行逻辑运算 以输出扰码信号的编码器； 以及与编码器连接、 用于将所述扰码信号以可见光 信号的形式发送出去的发送单元。

优选地， 所述原始数据是时钟信息， 所述方法之前还包括： 提取发射端的 时钟信息。

优选地， 将所述扰码信号以可见光信号的形式发送出去 之前， 还包括对所 述扰码信号进行调制。 优选地， 所述加密系统还包括连接于所述编码器与发送 单元之间、 用于对所述扰码信号进行调制的调制器。

优选地，所述原始数据信号的频率与所述伪码 信号的频率相同或存在整数 倍的关系。

优选地， 所述原始数据信号与所述伪码信号的起始相位 相同。

优选地， 所述伪码信号是数字， 所述逻辑运算包括所述原始数据信号与所 述数字的加法、 减法、 乘法、 除法、 逻辑与、 逻辑或、 逻辑异或、 或者以上两 者或更多者的组合。

优选地， 所述数字为： 随时间变化的日期、 随时间变化的质数、 随时间变 化的奇数、 或者随时间变化的偶数。

本发明还提供了一种基于可见光通信的解密方 法， 所述方法包括： 接收发 射端发送的可见光信号， 将所述可见光信号转换为数字信号； 将所述数字信号 与随单位时间变化的伪码信号进行译码， 以获得原始数据信号； 其中， 所述伪 码信号与所述发射端在同一时刻的伪码信号的 码型和起始相位相同。

优选地， 所述原始数据是时钟信息， 所述方法还包括： 提取本地的时钟信 息。

优选地， 所述方法之前还包括设计预设模型， 确定所述数字信号每比特所 占用的时钟周期数。

优选地， 所述方法还包括： 对发射端的延迟时间进行统计， 根据时钟周期 作概率分布与特性分析； 根据设立的模型、 本地时钟信息、 以及概率分布与特 性分析结果对接收到的信号进行预判决， 完成对信号同步信息的检测。

优选地， 将所述数字信号与随单位时间变化的伪码信号 进行译码之前， 还 包括对所述数字信号进行解调。

优选地， 所述方法还包括： 对获得的所述原始数据信号进行鉴权， 若通过 鉴权， 则控制所连接的功能单元动作。

优选地，所述原始数据信号的频率与所述伪码 信号的频率相同或存在整数 倍的关系。

优选地， 所述原始数据信号与所述伪码信号的起始相位 相同。

本发明还提供了一种基于可见光通信的解密系 统， 所述系统包括： 用于接 收发射端发送的可见光信号、 并将所述可见光信号转换为数字信号的接收单 元； 用于产生并输出随单位时间变化的伪码信号的 伪码发生器； 以及与所述接 收单元和所述伪码发生器连接、用于将所述数 字信号与所述伪码信号进行译码 以输出原始数据信号的译码器。

优选地， 所述系统还包括： 连接于所述接收单元和所述译码器之间、用于 对所述数字信号进行解调的解调器。

优选地， 所述伪码发生器与所述发射端的伪码发生器的 结构相同。 优选地， 所述伪码发生器与所述发射端的伪码发生器的 工作状态同步。 优选地，所述伪码发生器与所述发射端的伪码 发生器的工作频率相同或存 在整数倍的关系。

本发明还提供了一种基于可见光通信的加解密 方法， 所述方法包括： 发射 端对原始数据信号与随单位时间变化的第一伪 码信号进行逻辑运算以获得扰 码信号， 并将所述扰码信号以可见光信号的形式发送出 去； 接收端接收所述可 见光信号， 将所述可见光信号转换为数字信号， 并将所述数字信号与第二伪码 信号进行译码， 以获得所述原始数据信号； 其中， 所述第二伪码信号与所述第 一伪码信号的码型和起止相位相同。

优选地， 将所述扰码信号以可见光信号的形式发送出去 之前， 还包括： 对 所述扰码信号进行调制。

优选地， 将所述数字信号与第二伪码信号进行译码之前 ， 还包括对所述数 字信号进行解调。

优选地，所述原始数据信号的频率与所述第一 伪码信号的频率相同或存在 整数倍的关系； 所述原始数据信号与所述第一伪码信号的起始 相位相同。

优选地， 所述方法还包括： 接收端对获得的所述原始数据信号进行鉴权， 若通过鉴权， 则控制与所述接收端连接的功能单元动作。

优选地， 所述第一伪码信号和所述第二伪码信号是数字 ， 所述逻辑运算包 括所述原始数据信号与所述第一伪码信号的加 法、减法、乘法、 除法、逻辑与、 逻辑或、 逻辑异或、 或者以上两者或更多者的组合， 并且所述译码包括所述数 字信号与所述第二伪码信号的加法、 减法、 乘法、 除法、 逻辑与、 逻辑或、 逻 辑异或、 或者以上两者或更多者的组合。

优选地， 所述数字为： 随时间变化的日期、 随时间变化的质数、 随时间变 化的奇数、 或者随时间变化的偶数。

本发明还提供了一种基于可见光通信的加解密 系统，所述系统包括发射端 和接收端； 所述发射端包括用于产生并输出第一伪码信号 的第一伪码发生器， 所述第一伪码信号随单位时间变化； 与第一伪码发生器连接、 用于对原始数据 信号与伪码发生器输出的伪码信号进行逻辑运 算以输出扰码信号的编码器； 以 及与编码器连接、用于将所述扰码信号以可见 光信号的形式发送出去的发送单 元； 所述接收端包括用于接收所述可见光信号、 并将可见光信号转换为数字信 号的接收单元； 用于产生并输出第二伪码信号的第二伪码发生 器， 所述第二伪 码信号与所述第一伪码信号的码型和起止相位 相同； 以及与所述接收单元和所 述第二伪码发生器连接、用于将所述数字信号 与所述伪码信号进行译码以输出 原始数据信号的译码器。

优选地， 所述发射端还包括： 连接于所述编码器与发送单元之间、用于对 所述扰码信号进行调制的调制器； 以及所述接收端还包括： 连接于所述接收单 元和所述译码器之间、 用于对所述数字信号进行解调的解调器。

优选地， 所述第一伪码发生器与所述第二伪码发生器的 结构相同。

优选地， 所述第一伪码发生器与所述第二伪码发生器的 工作状态同步、工 作频率相同或存在整数倍的关系。

与现有技术相比， 上述技术方案具有以下优点： 所采用的加解密方法中， 发射端和接收端之间所传输的可见光信号并不 是原始数据信号， 而是加密后的 扰码信号， 并且该扰码信号随单位时间变化， 不易被破解， 从而提高了光子物 联网的安全性。 附图概述

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案 ，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的 一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其它的附图。

图 1是实施例一提供的一种基于可见光通信的加� �方法流程图； 图 2是实施例一提供的一种基于可见光通信的解� �方法流程图； 图 3是实施例一提供的一种基于可见光通信的加� �密方法流程图； 图 4是实施例二提供的一种基于可见光通信的加� �方法流程图； 图 5是实施例二提供的一种基于可见光通信的解� �方法流程图； 图 6是实施例二提供的一种基于可见光通信的加� �密方法流程图； 图 7是实施例三提供的一种基于可见光通信的加� �系统结构示意图； 图 8是实施例三提供的一种基于可见光通信的解� �系统结构示意图； 图 9是实施例三提供的一种基于可见光通信的加� �密系统结构示意图； 图 10是实施例四提供的一种基于可见光通信的加� ��系统结构示意图。 图 1 1是实施例四提供的一种基于可见光通信的解� �系统结构示意图。 图 12是实施例四提供的一种基于可见光通信的加� ��密系统结构示意图。 图 13是实施例五提供的一种基于可见光通信的时� ��同步方法流程图。 具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明 实施例中的技术方案进行清 楚、 完整的描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例 ， 而不 是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创 造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例， 都属于本发明保护的范围。

首先， 为了使本领域技术人员更好地理解本发明， 下面对本发明的技术方 案作简要介绍。

本发明提供了一种在光子物联网中用伪码序列 对原始数据进行加密的方 法、 以及对加密后的数据进行解密以还原出原始数 据的方法。 上述方法所采用 的伪码序列是会根据状态机原理随着时间不断 变换状态的， 复制的信号在其它 时间内不能被接收端所识别， 从而能提高系统的安全性。 在操作中， 首先对原 始数据与伪码序列进行逻辑运算， 再经调制后才发送到可见光发射器上， 并且 发射端与接收端的伪码发生器所产生的伪码序 列是根据状态机原理随时间不 断变化的， 这样发射出去的可见光信号即使被高速摄像机 拍摄后进行复制， 由 于在其它时间内接收端的伪码序列已随时间发 生了变化，所以被复制的信号无 法再被接收端识别， 从而不能控制光子物联网接收端设备， 如门禁系统、 二维 码识别系统等， 因此可以有效地提高光子物联网的安全性。

本发明基于可见光的频闪信号传输特点， 提供了信号加密、解密及加解密 方法和装置的综合设计方案， 本发明具有以下特点：

1、 本发明的加密是针对可见光， 在自由空间环境下对可见光的频闪信号 进行加密。

2、在一种实现中， 在可见光上用时钟信息与加扰信号逻辑运算进 行加密， 时钟信息来自时钟模块或者来自网络上的时钟 信息， 从而能提供随单位时间变 化的加扰信号。 跟传统的静态加密或动态加密的方式不一样， 本发明的加密方 式是时钟信息与动态加密算法结合， 依据时钟信息与动态加扰算法进行逻辑运 算， 然后获得的加扰信号 （例如， 以上描述的随单位时间变化的伪码信号） 再 对原始数据信号 （例如， ID信号， 其为用于表示用户身份的数据） 进行加扰， 实现动态加密。

3、 动态加密的重要特征是每一个单位时间或每一 次发射的扰码信号 （例 如 ID) 都不同， 是动态变化的， 因此提高了安全性。

4、 实际动态解密过程中遇到一些问题：

A:可见光传输是单向的，发射端接收不到接收� ��接收正确或错误的反馈。 B: 频闪信号在实际传输的过程中会丧失同步信息 ， 频闪信号是通过控制

LED灯的开和关来传递信息，但是实际中由于 LED灯的物理特性， LED灯开、 关时间不同， 并且 LED灯亮的时间长短将影响到随后 LED灯关的延迟时间， 进而又影响到随后 LED灯开的延迟时间。 LED灯的开关时间误差呈随机性， 加上时钟同步信号后由于 LED灯的开关时间误差的随机性， 接收端可能检测 不到同步信号， 导致无法检测， 系统无法解密。

例如无线移动通讯， 其空中接口的主要问题是多径效应与多普勒频 移， 多 径效应近端对移动终端的影响是快衰落， 远端是阴影衰落， 由此无线通讯许多 核心技术如交织、 Rake 接收等等都是为了解决此问题。 对于在自由空间发射 的频闪信号， 通过对其空中接口信道模型的研究发现， 频闪信号的主要问题是 LED物理特性表现出的开或关时间随机性的延迟 ， 导致无法传递同步的信号， 传统的编码方式如 PPM、 PWM、 键控调制等在接收端得到解调的重要前提是 接收端处理器对其采样， 对高低电平进行检测， 在同步周期时间点上做出 0或 1的判决， 获得数字信息。 如果无法传递同步信息， 按照传统的方式可能无法 解决这个问题。 因此， 本发明设计了独有的编码方式、 纠错方式， 设计了判决 预设模型等等多种手段解决此问题。 以上增加时钟也是重要的解决方案之一， 既解决了同步问题， 也与加密结合。

根据本发明的一个实施例的解决方案是： 如果传输的信号没有带同步信 息， 从通讯理论上讲是不可能解密经动态加密信号 的， 但根据本发明， 可在发 射端提取发射端的时钟信号， 与动态加密算法进行逻辑运算， 然后对原始数据 信号 （例如 ID信息） 进行加扰。 在接收端， 取自接收端时钟模块或接收端所 属的网络上的时钟信息可与动态加密算法进行 逻辑运算， 该信息与接收到的信 号进行逻辑运算， 从而完成解密。 具体做法是：

A: 分别提取各自的绝对时钟信号。

B: 由于各自时钟信号分别属于终端和网络二端， 时钟的精度不一致， 而 且因为传输是单向的， 失去通讯是不能反馈的， 因此， 设计了一个预设模型， 通过预设值来做判决， 以解决时钟精度不一致导致不能同步的问题。

C: 基带信号通过 LED驱动器控制 LED灯关或开， 同样的控制时间由于 LED灯的开关延迟时间不一致， 时间长短表现随机， 导致发射端输出的频闪信 号时间间隔并不一致， 即使是准确的时钟信号加入到基带信号来控制 LED灯 开关同样也会失去同步信息， 因此， 通过研究 LED 的延迟时间进行统计、 作 概率分布与特性分析， 设立了预设模型， 通过预设值做判决， 以此完成对信号 同步信息的判决， 从而提取同步信息， 通过同步时间对频闪信号进行检测， 以 实现系统的加密与解密。

D: 实际原始数据信号 （例如 ID信号） 不是全 1或全 0的信号， 与时钟 信号相乘后体现的频闪信号同步特征更不明显 ， 因此， 在做预设模型中考虑到 实际的原始数据信号 （例如 ID信号） 出现 0或 1的随机性这一因素做平均来 对预设值进行校正。

E: 正确检测到频闪信号后， 接收端将根据接收的频闪信号同步信号时间 进行记录， 以此与接收端本地的时间信息进行对比， 对发射端与接收端的时钟 误差进行估计， 校正预设模型的预设值。 以此方式， 本发明能提供发射端与接 收端之间精确的时钟同步，在发射端产生随单 位时间变化的第一伪码信号用于 对原始数据信号加密， 并在接收端产生对应一致的第二伪码信号用于 对接收的 可见光信号进行译码。

以下详细描述本发明的一些示例性实施例以提 供对本发明的更透彻的理 解。

实施例一

参见图 1， 其是本发明实施例一提供的一种基于可见光通 信的加密方法流 程图， 该加密方法可包括： S101 : 发射端对原始数据信号与随单位时间变化的伪 码信号进行逻辑运 算， 以获得扰码信号。

其中， 原始数据信号可以是要发送的信息， 例如控制信号、 二维码信息内 容、 用户身份 （ID)信息等， 并且可以是一种数字序列信号。 本发明中使用的 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、 每分钟等。 例如， 伪码信号是随时间变化的日期， 如 20120424、 20120425、 20120436； 随时间变化的质数， 如由小到大依次递增 的四位质数； 随时间变化的奇数； 或者随时间变化的偶数， 也可以为其它预设 的数字。 为了引述方便以及进行区别， 将步骤 S101 中的伪码信号称为第一伪 码信号。

原始数据信号的频率可以与第一伪码信号的频 率相同或存在整数倍的关 系， 原始数据信号与第一伪码信号的起始相位相同 。 原始数据信号与第一伪码 信号的逻辑运算可以是数学运算， 诸如加法、 减法、 乘法、 除法等， 也可以是 其他逻辑运算， 诸如逻辑与、 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合。

例如， 原始数据可以为某一控制信号或者二维码信息 内容， 其数字序列信 号是恒定不变的， 例如原始数据信号始终为 1 100010101 1 1 1000001 10。 在 T1 单位时间内， 第一伪码信号假设为 1 1 101001 1 101001 1 10100， 则原始数据信号 与第一伪码信号的逻辑运算， 例如 "异或" 的过程如表 1所示：

表 1 : T1单位时间内逻辑运算过程表 从表 1可知， 逻辑运算后输出的扰码信号为 00101 1001010101 1 10010， 与 原始数据信号不相同， 因此对原始数据起到了加密的作用。

相隔预设时间段后， 假设所处的时间段为 T2， 由于第一伪码信号随单位 时间而变化， 所以在 Τ2 时间 内 ， 假设第一伪码信号会变为 而原始数据信号是恒定不变的， 则其逻辑运算， 例 如 "异或" 的过程如表 2所示：

表 2 : T2单位时间内逻辑运算过程表 从表 2 可知 ， T2 时 间 内 逻辑运算输 出 的扰码信号为 01001000001 1001010000， 与原始数据信号也不相同， 并且与 T1时间内的扰码 信号也不同。

此外， 该加密方法还可包括：

S102: 发射端将所述扰码信号以可见光信号的形式发 送出去。例如， 发射 端通过 LED 灯以闪光形式将调制信号发送出去。 针对上述扰码信号 00101 1001010101 1 10010, LED灯可产生高频率闪烁， 有光可代表 1， 无光可 代表 0， 或者反之亦然， 从而有效地实现了可见光通信。 接下来参见图 2， 其是本发明实施例一提供的一种基于可见光通 信的解密 方法流程图。 图 2的解密方法可对应于以上描述的图 1的加密方法。 该解密方 法可包括：

S103 :接收端接收发射端发送的可见光信号， 并将该可见光信号转换为数 字信号。例如， 对于 LED灯产生的高频率闪烁， 有光可代表 1， 无光可代表 0， 或者反之亦然， 从而可将接收的可见光信号转换为数字信号。

S104:接收端对所述数字信号与第二伪码信号� ��行译码 (例如，逻辑运算）， 以获得原始数据信号。

具体地， 参照以上提供的示例， 对于 T1的单位时间段内， 接收的信号为 码信号与表 1中的第一伪码信号码型、 起止相位相同。 接收端对接收的信号与 第二伪码信号的逻辑运算， 例如 "异或"过程如表 3所示： 接收的信号 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 第二伪码信号 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 译码输出信号 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0

T1单位时间内译码过程表 从表 3可知， 译码输出信号为 1 100010101 1 1 1000001 10， 与表 1中的原始 数据信号是相同的， 即解码出了原始数据信号。

由于第二伪码信号也随单位时间而变化， 所以相隔一段时间后， 假设为 T2 时间段， 在 T2 时间段内， 接收端接收的信号是表 2 中的扰码信号， 即 01001000001 1001010000； 这时第二伪码信号与表 2 中的第一伪码信号相同， 即为 10001 10101001010101 10， 则其译码过程如表 4所示：

T2单位时间内译码过程表 从表 4可知， 译码输出信号为 1 100010101 1 1 1000001 10， 与表 2中的原 数据信号是相同的， 即解码出了原始数据。 图 3是实施例一提供的一种基于可见光通信的加� �密方法流程图，该加解 密方法结合了如上所描述的图 1中的加密方法和图 2中的解密方法， 出于简洁 起见不再详细描述。 本领域技术人员可以领会， 由于伪码信号（例如， 第一伪码信号、 第二伪 码信号） 随单位时间变化， 因此在不同的单位时间内， 发射端会根据原始数据 信号和不同的伪码信号产生不同的扰码信号， 并且该扰码信号能被接收端使用 相应的伪码信号进行译码。任何单位时间内的 扰码信号如果被复制并在其他单 位时间内重新被发射和接收， 则由于接收端的伪码信号已经变化， 因此不能被 接收端成功译码。

例如， 假设在 T1所在的单位时间内， 发射端所发出的可见光信号即扰码 信号 00101 1001010101 1 10010被高速摄像机捕获， 并进行了信号复制。 在经过 一单位时间后， 假如到了 T2所在的时间时， 当用复制的信号去尝试进行控制 接收端的设备时， 由于第二伪码信号变为 10001 10101001010101 10， 其译码过 程如表 5所示：

表 5 : T2单位时间内被复制的信号译码过程表

从表 5 可知， T2 单位时间内被复制的信号尝试译码后的输出信 号为 是不相同的， 即这种被复制的信号是不能被接收端所识别的 ， 也就不能对设备 进行控制， 从而提高了安全性。

该实施例一中， 描述了光子物联网中基于可见光通信的加密、 解密及加解 密方式， 该实施中对原始数据信号与第一伪码信号进行 逻辑运算的步骤以及对 接收的信号与第二伪码信号的逻辑运算的步骤 皆以异或运算为例进行了描述， 但在具体的实施过程中，还可以包括其他的数 学运算和 /或逻辑运算，诸如加法、 减法、 乘法、 除法、 逻辑与、 逻辑或、 逻辑异或等， 也可以是上述运算中任意 两者或更多者的组合。

此外， 发射端的加密过程与接收端的解密过程是对应 和 /或互逆的。 例如， 如果 S101步骤的逻辑运算采用的是乘法， 则 S104步骤的译码运算采用除法； 或者如果 S101步骤的逻辑运算采用的是加法，则 S104步骤的译码运算采用减 法。

该实施例一中， 由于接收端接收的可见光信号与原始数据信号 是不同的， 对原始数据信号与一伪码信号进行了逻辑运算 ， 得到一扰码信号， 并且由于伪 码信号随单位时间变化， 因此扰码信号也随单位时间变化， 即使在某一时刻， 发射的可见光信号被捕获到，但是由于在下一 时间段可见光信号与上一时间段 的不同， 这种被复制的信号是不能被接收端所识别的， 也就不能对设备进行控 制了， 提高了光子物联网的安全性。 实施例二

参见图 4， 其是本发明实施例二提供的一种基于可见光通 信的加密方法流 程图， 该加密方法可包括：

S201：发射端对原始数据信号与随单位时间变� �的第一伪码信号进行逻辑 运算， 以获得扰码信号。

如上所述的， 原始数据信号可以是要发送的信息， 并且可以是一种数字序 列信号； 第一伪码信号可以是随单位时间变化的数字序 列。

原始数据信号的频率可以与第一伪码信号的频 率相同或存在整数倍的关 系， 原始数据信号与第一伪码信号的起始相位相同 。 原始数据信号与第一伪码 信号的逻辑运算可以是数学运算， 诸如加法、 减法、 乘法、 除法等， 也可以是 其他逻辑运算， 诸如逻辑与、 逻辑或、 逻辑异或等， 也可以是上述运算中任意 两者或更多者的组合。

例如， 原始数据为某一控制信号或者二维码信息内容 ， 其数字序列是恒定 不变的， 即原始数据信号始终为 1 100010101 1 1 1000001 10。 在 T1 单位时间内 第一伪码信号假设为 1 1 101001 1 101001 1 10100， 则其逻辑运算， 例如异或的过 程如实施例一中的表 1所示。

从表 1可知， 逻辑运算后的输出的扰码信号为 00101 1001010101 1 10010， 与原始数据信号不相同， 对原始数据起到了加密的作用。

相隔预设时间段后， 假设所处的时间段为 T2， 由于第一伪码信号随单位 时间而变化， 所以在 Τ2 时间 内 ， 假设第一伪码信号会变为 10001 10101001010101 10, 而原始数据信号是恒定不变的， 则其逻辑运算， 例 如 "异或" 的过程如实施例一中的表 2所示。

从表 2 可知， Τ2 时间内逻辑运算后输出的的扰码信号为 01001000001 1001010000， 与原始数据信号也不相同， 并且与 T1时间内的扰码 信号也不同。

在一个示例中， 第一伪码信号可以是数字， 并且可以将原始数据信号与该 数字相乘， 以获得扰码信号。 在 T1单位时间内该数字假设为 201 10405， 则经 过乘法运算后， 得到的扰码信号与原始数据信号不同， 对原始数据起到了加密 的作用。 相隔预设时间段后， 假设所处的时间段为 Τ2， 由于该数字随单位时 间而变化， 所以在 T2时间内， 假设该数字会变为 201 10406， 而原始数据信号 是恒定不变的， 经过乘法运算后输出的扰码信号与原始数据信 号也不相同， 并 且与 T1时间内的扰码信号也不同。

此外， 该加密方法还可包括：

S202: 发射端对扰码信号在基带中进行调制， 获得调制信号。

S203 : 发射端将所述调制信号以可见光信号的形式发 送出去。例如， 发射 端通过 LED灯以闪光形式将调制信号发送出去。 接下来参见图 5， 其是本发明实施例二提供的一种基于可见光通 信的解密 方法流程图。 图 2的解密方法可对应于以上描述的图 4的加密方法。 该解密方 法可包括：

S204:接收端接收发射端发送的可见光信号， 并将该可见光信号转换为数 字信号。

S205 : 接收端对数字信号进行解调， 获得解调信号。

S206: 接收端对解调信号与第二伪码信号进行译码， 获得原始数据信号。 具体地， 参照以上提供的示例， 对于 T1 的单位时间段内， 解调信号为 码信号与表一中的第一伪码信号码型、 起止相位相同。 解调信号与第二伪码信 号的译码， 例如 "异或"过程如表 6所示：

T1单位时间内译码过程表 从表 6可知， 译码输出信号为 1 100010101 1 1 1000001 10， 与表 1中的原始 数据信号是相同的， 即解码出了原始数据信号。

由于第二伪码信号随单位时间而变化， 所以相隔一段时间后， 假设为 T2 时间段， 在 T2时间段内， 解调信号与表 2中的扰码信号也完全相同， 即都为 01001000001 1001010000； 这时第二伪码信号与表二种的第一伪码信号也 相同， 即为 10001 10101001010101 10， 则其译码， 例如 "异或"过程如表 7所示： 解调信号 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 第二伪码信号 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 译码输出信号 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0

T2单位时间内译码过程表 从表 7可知， 译码输出信号为 1 100010101 1 1 1000001 10， 与表 2中的原始 数据信号是相同的， 即解码出了原始数据。

假设在 T1 所在的单位时间内， 发射端所发出可见光信号即扰码信号

00101 1001010101 1 10010被高速摄像机捕获， 并进行了信号复制。 但在经过一 单位时间后， 假如到了 T2所在的时间时， 当用复制的信号去尝试进行控制接 收端的设备时， 由于第二伪码信号变为 10001 10101001010101 10， 其发生的译 码过程如实施例一中的表 5所示。

从表 5 可知， T2 单位时间内被复制的信号尝试译码后的输出信 号为 是不相同的， 即这种被复制的信号是不能被接收端所识别的 ， 也就不能对设备 进行控制了， 提高了安全性。

在一个示例中， 对于 T1的单位时间段内， 采用接收到的可见光信号， 即 S201步骤得到的扰码信号除以第二伪码信号 201 10405，译码出原始数据信号。 由于所述数字随单位时间而变化， 所以相隔一段时间后， 假设为 T2时间段， 在 T2时间段内， 采用接收到的可见光信号， 即 S201步骤得到的扰码信号除以 第二伪码信号 201 10406， 译码出原始数据信号。其中， 该实施例中的逻辑运算 以乘法为例， 译码运算以除法为例进行说明。 在具体的实施过程中， 也可以在 逻辑运算时采用加法， 译码运算时采用减法； 或者某 3天逻辑运算采用加法， 接下来的 3天逻辑运算采用乘法。在接收端采用与发送� �对应的运算方式进行 译码运算， 此处不再一一列举。

S207: 接收端对获得的原始数据信号进行鉴权， 若通过鉴权， 控制与所述 接收端连接的功能单元动作。 例如， 接收端控制门禁系统执行开锁动作。 图 6是实施例二提供的一种基于可见光通信的加� �密方法流程图，该加解 密方法结合了如上所描述的图 4中的加密方法和图 5中的解密方法， 出于简洁 起见不再详细描述。 以上方法实施例可以看出，发射端和接收端之 间所传输的可见光信号是加 密后的扰码信号， 并且该扰码信号随单位时间变化， 不易被破解， 从而提高了 光子物联网安全性。

上述对本发明的方法实施例进行了描述，下面 对运行上述方法实施例的硬 件系统列举实施例进行详细描述， 该硬件系统可以为专用光子客户端、 手机、 以及具有发射可见光信号功能的手持电子设备 。 实施例三

参见图 7， 其是实施例三提供的一种基于可见光通信的加 密系统结构示意 图， 例如发射端 301。

发射端 301包括用于产生并输出第一伪码信号的第一伪 码发生器 301a， 该伪码发生器的工作状态随单位时间变化， 输出的第一伪码信号也随单位时间 变化， 例如， 在 T1 时间段输出的第一伪码信号为 1 1 101001 1 101001 1 10100， 在 T2时间段输出的第一伪码信号为 10001 10101001010101 10。 与伪码发生器 301a连接、 用于对原始数据信号与伪码发生器输出的伪码 信号进行逻辑运算， 输出扰码信号的编码器 301b， 该编码器 301b也可以是混频器。 以及与编码器 301b连接、 用于将编码器 301b输出的扰码信号以可见光信号的形式发送� �去 的发送单元 301c。 其中， 发送单元 301c可以为发光二极管， 也可以是其它具 有发光功能的元件。

其中， 发射端 301可以为专用光子客户端、 手机、 以及具有发射可见光信 号功能的手持电子设备。编码器 301b和发送单元 301c可以是发射端 301某个 芯片上的功能单元。 参见图 8， 其是实施例三提供的一种基于可见光通信的解 密系统结构示意 图， 例如， 接收端 302。

接收端 302包括用于接收发送端 301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 302a。用于产生并输出第二伪码信号的第二伪� �发 生器 302b， 该第二伪码发生器 302b与第一伪码发生器 301a的结构相同、工作 频率相同、 以及工作状态同步， 该第二伪码发生器 302b输出的第二伪码信号 与第一伪码发生器 301a输出的第一伪码信号的码型和起止相位相� �。 接收端 302还包括与接收单元 302a和第二伪码发生器 302b连接、用于将接收单元 302a 输出的信号与所述伪码信号进行译码，输出原 始数据信号的译码器 302c。其中， 译码器 302c可以是混频器。

可以理解的是， 接收端 302和译码器 302b可以是接收端 302某个芯片上 的功能单元。 参见图 9， 其是本发明实施例三提供的一种基于可见光通 信的加解密系统 结构示意图， 该加解密系统 300包括如图 7描述的发射端 301和如图 8描述的 接收端 302。 出于简明起见， 图 9的结构不再赘述。 实施例四

参见图 10， 其是本发明实施例四提供的一种基于可见光通 信的加密系统 结构示意图， 相对于图 7， 发射端 301还包括：

连接于所述编码器 301b与发送单元 301c之间、用于对扰码信号进行调制 的调制器 301d。 参见图 1 1， 其是本发明实施例四提供的一种基于可见光通 信的解密系统 结构示意图， 相对于图 8， 接收端 302还包括：

连接于接收单元 302a和译码器 302c之间、 用于对接收单元 302a输出的 数字信号进行解调的解调器 302d。

参见图 12， 其是本发明实施例四提供的一种基于可见光通 信的加解密系 统结构示意图， 该加解密系统 300包括如图 10描述的发射端 301和如图 1 1描 述的接收端 302。 出于简明起见， 图 12的结构不再赘述。

在具体的实施过程中，加解密系统 300还包括与接收单元 302连接的功能 单元， 例如电动锁等。 实施例五

参见图 13， 其是实施例五提供的一种基于可见光通信的时 钟同步方法流 程图。

S401 : 提取终端即可见光发射端的时钟信息。 即提取可见光发射端的 内部时钟模块的每个时钟周期 ti。

S402: 提取网络端即可见光接收端的时钟信息。 即提取可见光接收端 部时钟模块的每个时钟周期 t2。 S403 : 设计预设模型， 确定加密基带信号每比特所占用的时钟周期数 。 由于发收两端各自时钟的精度不一致， 而且因为可见光通信传输是单 向的， 即接收端不能向发射端进行反馈， 因此， 需要设计一个预设模型， 通过预设值来做判决， 以解决时钟精度不一致导致不能同步的问题。 在这 里， 假设时钟周期 tl为 lOus，加密基带信号每比特持续的时间为 Tl， 当设 定加密基带信号每个比特持续的时间为 5ms时， 则可以得到 Tl=500*tl。 同 理， 也可以得到 T2=500*t2，这里， 由于时钟的精度原因， tl可能并不完全 与 t2相等， 即存在一定的误差。 在这里， 假设传输的所有不同基带数据的 总长度是相同，并且第一位总是二进制数字 " 1 " 。即总比特数是一确定值， 这样就可以估算每个不同基带数据的传输总时 间长度。

S404: 发射端中基带信号通过 LED驱动控制 LED灯开或关， 使信息以 可见光信号发射出去。

读取基带信号的前比特， 当这个比特为二进制数字 1 时， 则打开 LED 开关， 并使打开的时间持续为 Tl， 即保持为 500*tl _; 如果此比特为为二进 制数字 0， 则关闭 LED开关， 并使关闭的时间持续为 Tl， 即保持为 500*tl ; 然后读取第二个比特， 并按读取第一比特的处理方法进行处理。

S405 : 对发射端 LED 的延时时间进行统计， 根据时钟周期作概率分布 与特性分析。

由于 LED灯的开关延迟时间不一致， 时间长短表现随机， 导致发射端 输出的频闪信号时间间隔并不一致， 即使是准确的时钟信号加入到基带信 号来控制 LED灯开关同样也会失去同步信息， 具体表现为每个比特的持续 时间可以大于 500*t l 或小于 500*tl， 可能为 501*t l， 502*tl 或 499*t l 等。 通过对各种不同的基带信号， 利用仪器分析各个比特所占用的具体时 钟期， 统计出其概率分布， 看大多数比特位哪个总时钟周期所占的比例最 多。

S406: 接收端根据设立的模型、 本地时钟信息、 以及概率分布与特性 分析结果对接收到的信号进行预判决， 完成对信号同步信息的检测。

接收端将根据接收的频闪信号同步信号时间进 行记录， 并根据预设的 模型和概率统计的分布情况， 以此与接收端本地时钟信息进行对比， 对发 射端与接收端的时钟误差进行估计， 校正预设模型的预设值。 如在 T2的一 个周期内， 若接收到有光信号， 并且光信号的持续时间 T1接近 T2或者与 T2 的误差值在 ± 20%范围内， 则可将其判断为二进制数字 " 1 " ； 如果持续 无光信号的持续时间 T1接近 T2或者与 T2的误差值在 ± 20%范围内， 则可 将其判断为二进制数字 " 0 " 。 在下一个 T2周期内， 按前一个 T2周期是否 有接收到的光信号的方法进行同样的判断。 按预设模块中所设定的总时间 长度完成检测后， 最终完成数据的同步检测， 完成信号的完整接收， 再通 过运算得到解密后的真实数据。 以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中 应用了具体个例对本发明的 原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的 方 法及其核心思想； 同时， 对于本领域的一般技术人员， 依据本发明的思想， 在 具体实施方式及应用范围上均会有改变之处， 综上所述， 本说明书内容不应理 解为对本发明的限制。