CN110535638A - 一种基于量子加密的语音通信装置及终端设备 - Google Patents

一种基于量子加密的语音通信装置及终端设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于量子加密的语音通信装置及终端设备,语音通信装置包括:语音信号模块、控制模块、量子加密模块、量子解密模块以及光子信号模块;当语音信号模块接收到第一语音信号时,控制模块控制语音信号模块将第一语音信号传输给量子加密模块;量子加密模块将第一语音信号加密并调制成第一单光子信号,且量子加密模块将第一单光子信号传输给光子信号模块;当光子信号模块接收到与语音通信装置通信连接的外部终端设备的发送的第二单光子信号时,量子解密模块将第二单光子信号进行解密并解调以生成第二语音信号,并将第二语音信号传输给语音信号模块,以进行语音信号输出。本发明所提供的终端设备需成对使用,支持双工语音通信需求。

Description

一种基于量子加密的语音通信装置及终端设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种基于量子加密的语音通信装置及终端设备。
背景技术
传统的语音通信采用模拟电话进行,由于该传输方式无法对所传输的语音信号加密处理,因此在语音通信过程中存在很大的不安全性。
因此,如何加强语音通信的安全性,是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于量子加密的语音通信装置及终端设备。
为实现上述目的,本发明提供一种基于量子加密的语音通信装置:所述语音通信装置包括:语音信号模块、控制模块、量子加密模块、量子解密模块以及光子信号模块;
其中,所述语音信号模块用于接收或发送语音信号,所述光子信号模块用于接收或发送单光子信号;
当所述语音信号模块接收到第一语音信号时,所述控制模块控制所述语音信号模块将所述第一语音信号传输给所述量子加密模块,其中,所述第一语音信号为外部语音转换成的信号;
所述量子加密模块将所述第一语音信号加密并调制成第一单光子信号,且所述量子加密模块将所述第一单光子信号传输给所述光子信号模块,以通过所述光子信号模块将所述第一单光子信号输出给与所述语音通信装置通信连接的外部终端设备;
当所述光子信号模块接收到与所述语音通信装置通信连接的外部终端设备的发送的第二单光子信号时,所述控制模块控制所述光子信号模块将所述第二单光子信号传输给所述量子解密模块;
所述量子解密模块将所述第二单光子信号进行解密并解调以生成第二语音信号,且所述量子解密模块将所述第二语音信号传输给所述语音信号模块,以进行语音信号输出。
优选地,所述量子加密模块包括随机数生成器、加密单元及调制单元;
其中,所述随机数生成器用于生成随机密码,所述加密单元用于利用所述随机密码对所述第一语音信号加密,以生成加密第一语音信号;
所述调制单元对所述加密第一语音信号进行调制,以生成第一单光子信号,并将传输给所述光子信号模块。
优选地,所述调制单元包括相位调制子单元以及衰减子单元;其中,所述相位调制子单元用于将所述加密第一语音信号进行相位调制,所述衰减子单元用于将经过相位调制后的加密第一语音信号进行衰减处理,以生成第一单光子信号。
优选地,所述随机数生成器包括熵源发生器、光电探测器、数模转换器、时钟发生器、移位寄存器、减法器以及并串转换器;
其中,所述熵源发生器用于产生光信号,并将所述光信号传输给光电探测器;所述光电探测器将所述光信号转换为电信号,并输出给所述数模转换器;
在所述时钟发生器时钟信号触发条件下,数模转换器将电信号转为N位数字信号,其中,N为大于2的正整数;
数模转换器将生成的数字信号输出至所述移位寄存器,所述移位寄存器对所述数字信号进行移位操作,并输出至所述减法器,通过减法器对模数转换器前后时刻输出的数字信号进行差分运算处理,并从差分运算处理后的N位数字信号中提取M位串行输出,获得随机数序列,其中,N≥M。
优选地,所述量子解密模块包括解密单元和解调单元,其中,所述解密单元用于根据对所述第二单光子信号进行解密,所述解调单元用于对解密后的第二光子信号进行解调,以生成第二语音信号。
优选地,所述解调单元将解密后的第二光子信号的相位信息转换成光子数强度信息,测量所述光子数强度信息并解调出第二语音信号。
优选地,所述语音通信装置还包括匹配模块,所述匹配模块用于与外部终端设备进行匹配验证,以建立通信连接。
优选地,所述匹配模块包括通信请求单元,用于向外部终端设备发送通信连接请求,以与所述外部终端设备建立通信连接。
本发明还提供一种终端设备,所述终端设备包括前述的语音通信装置。
优选地,所述终端设备为个人电脑或固话机。
与现有技术相比,本发明所提供的一种基于量子加密的语音通信装置通过对语音通信进行量子加密,以确保语音信号传输的安全性,同时将语音信号转换成单光子信号进行传输,从而增强了信号传输的抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明提供的语音通信装置的模块结构示意图;
图2为本发明提供的语音通信装置的一实施例的模块结构示意图;
图3为本发明提供的语音通信装置的随机数生成器模块结构示意图;
图4为语音通信装置的一种应用场景示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1,本发明提供一种基于量子加密的语音通信装置1,该语音通信装置1包括语音信号模块10、控制模块20、量子加密模块40、量子解密模块50以及光子信号模块30。
其中,控制模块20与语音信号模块10、量子加密模块40、量子解密模块50以及光子信号模块30电连接,用于控制语音信号模块10、量子加密模块40、量子解密模块50以及光子信号模块30协同工作。
其中,语音信号模块10用于接收或发送语音信号,光子信号模块30用于接收或发送单光子信号;当语音信号模块10接收到第一语音信号时,控制模块20控制语音信号模块10将第一语音信号传输给量子加密模块40,其中,第一语音信号为外部语音转换成的信号,外部的语音设备采集到用户语音时,将用户的语音转换成对应的第一语音信号。
可以理解,在部分实施例中,语音信号模块10可以采集用户的语音数据,并将语音数据转换成第一语音信号。
量子加密模块40将第一语音信号加密并调制成第一单光子信号,且量子加密模块40将第一单光子信号传输给光子信号模块30,以通过光子信号模块30将第一单光子信号输出给与语音通信装置1通信连接的外部终端设备,从而保证了语音通信的安全性。
当光子信号模块30接收到与语音通信装置1通信连接的外部终端设备的发送的第二单光子信号时,控制模块20控制光子信号模块30将第二单光子信号传输给量子解密模块50。
量子解密模块50将第二单光子信号进行解密并解调以生成第二语音信号,且量子解密模块50将第二语音信号传输给语音信号模块10,以进行语音信号输出。
请参阅图2,在部分实施例中,量子加密模块40包括随机数生成器401、加密单元402及调制单元403。其中,随机数生成器401用于生成量子秘钥的随机密码,加密单元402用于利用随机密码对第一语音信号加密,以生成加密第一语音信号;调制单元403用于对加密第一语音信号进行调制,以生成第一单光子信号,并将传输给光子信号模块30,以通过光子信号模块30将第一语音信号发送给与语音通信装置1通信连接的终端设备,以使终端设备接收到该第一光子信号后,解析该第一光子信号从而获知该第一光子信号内的语音信号。语音信号加密器根据所获得的量子密钥随机数使用语音加密算法对语音数据加密处理,增强语音信号的抗干扰能力。
在部分实施例中,随机数生成器401包括熵源发生器4011、光电探测器4012、数模转换器4013、时钟发生器4014、移位寄存器4015、减法器4016以及并串转换器4017。
其中,熵源发生器4011为光反馈半导体激光器,也称激光二极管(Laser Diode,LD),熵源发生器4011用于产生带宽数吉比特熵源的光信号,并将光信号输出给光电探测器4012,经过光电探测器4012采集该光信号并将光信号转换为电信号输出给数模转换器4013。
时钟发生器4014被触发时可以产生时钟信号,在时钟发生器4014时钟信号触发条件下,数模转换器4013将电信号转为N位数字信号,其中,N为大于2的正整数。本实施例中,以数字信号为二进制编码为例进行说明,但数字信号不局限于是二进制编码。
数模转换器4013将生成的数字信号输出至移位寄存器4015,该移位寄存器4015对数字信号,即二进制编码进行移位操作,通过减法器4016实现对模数转换器4013前后时刻输出的数字信号,即二进制编码进行差分运算处理,从差分运算处理后的N位数字信号中提取M位串行输出,获得随机数序列,其中,N≥M。
在部分实施例中,调制单元403包括相位调制子单元(图未示)以及衰减子单元(图未示);其中,相位调制子单元用于将加密第一语音信号进行相位调制,衰减子单元用于将经过相位调制后的加密第一语音信号进行衰减处理,以生成第一单光子信号。
在部分实施例中,量子解密模块50包括解密单元501和解调单元503,其中,解密单元501用于根据对第二单光子信号进行解密,解调单元503用于对解密后的第二光子信号进行解调,以生成第二语音信号。
具体地,解调单元503将解密后的第二光子信号的相位信息转换成光子数强度信息,测量光子数强度信息并解调出第二语音信号。
在部分实施例中,语音通信装置还包括匹配模块(图未示),匹配模块用于与外部终端设备进行匹配验证,以建立通信连接。
具体地,匹配模块包括通信请求单元,用于向外部终端设备发送通信连接请求,以与外部终端设备建立通信连接。
请参阅图4,在部分实施例中,语音信号模块10包括语音接收单元101和语音发射单元103,其中,语音接收单元101用于接收语音信号,语音发射单元103用于发射语音信号。
光子信号模块30包括光子接收单元301和光子发射单元303,其中,光子接收单元301用于接收单光子信号,光子发射单元303用于发射单光子信号。
该语音通信装置1在使用时,若语音接收单元101接收到用户或其他发声装置发出的外部语音信号,则将该语音信号输出给量子加密模块40,量子加密模块40将语音信号进行量子加密,并调制成单光子信号输出给光子发射单元303,以通过光子发射单元303发送给与语音通信装置1通信连接的终端设备。
若光子接收单元301接收到与语音通信装置1通信连接的终端设备发送的单光子信号时,将单光子信号发送给解密模块50,通过解密模块50进行解密和解调制,以还原成语音信号传输给语音发射单元103,以通过语音发射单元103将语音信号输出给扬声器进行输出或利用该语音发射单元103进行语音信号还原输出。
本发明还提供一种终端设备,终端设备包括前述的语音通信装置1,该终端设备可以是手机、固话机、笔记本电脑或飞行器等可以进行语音通话或者可以通过语音实现控制的设备。
在部分实施例中,终端设备需成对使用,在终端设备在使用时需要预先与其他终端设备进行匹配以建立通信连接,且终端设备支持双工语音通信需求。
与现有技术相比,本发明所提供的一种基于量子加密的语音通信装置通过对语音通信进行量子加密,以确保语音信号传输的安全性,同时将语音信号转换成单光子信号进行传输,从而增强了信号传输的抗干扰能力。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于量子加密的语音通信装置,其特征在于,所述语音通信装置包括:语音信号模块、控制模块、量子加密模块、量子解密模块以及光子信号模块;
其中,所述语音信号模块用于接收或发送语音信号,所述光子信号模块用于接收或发送单光子信号;
当所述语音信号模块接收到第一语音信号时,所述控制模块控制所述语音信号模块将所述第一语音信号传输给所述量子加密模块,其中,所述第一语音信号为外部语音转换成的信号;
所述量子加密模块将所述第一语音信号加密并调制成第一单光子信号,且所述量子加密模块将所述第一单光子信号传输给所述光子信号模块,以通过所述光子信号模块将所述第一单光子信号输出给与所述语音通信装置通信连接的外部终端设备;
当所述光子信号模块接收到与所述语音通信装置通信连接的外部终端设备的发送的第二单光子信号时,所述控制模块控制所述光子信号模块将所述第二单光子信号传输给所述量子解密模块;
所述量子解密模块将所述第二单光子信号进行解密并解调以生成第二语音信号,且所述量子解密模块将所述第二语音信号传输给所述语音信号模块,以进行语音信号输出。
2.如权利要求1所述的语音通信装置,其特征在于:所述量子加密模块包括随机数生成器、加密单元及调制单元;
其中,所述随机数生成器用于生成随机密码,所述加密单元用于利用所述随机密码对所述第一语音信号加密,以生成加密第一语音信号;
所述调制单元对所述加密第一语音信号进行调制,以生成第一单光子信号,并将传输给所述光子信号模块。
3.如权利要求2所述的语音通信装置,其特征在于:所述调制单元包括相位调制子单元以及衰减子单元;其中,所述相位调制子单元用于将所述加密第一语音信号进行相位调制,所述衰减子单元用于将经过相位调制后的加密第一语音信号进行衰减处理,以生成第一单光子信号。
4.如权利要求2所述的语音通信装置,其特征在于:所述随机数生成器包括熵源发生器、光电探测器、数模转换器、时钟发生器、移位寄存器、减法器以及并串转换器;
其中,所述熵源发生器用于产生光信号,并将所述光信号传输给光电探测器;所述光电探测器将所述光信号转换为电信号,并输出给所述数模转换器;
在所述时钟发生器时钟信号触发条件下,数模转换器将电信号转为N位数字信号,其中,N为大于2的正整数;
数模转换器将生成的数字信号输出至所述移位寄存器,所述移位寄存器对所述数字信号进行移位操作,并输出至所述减法器,通过减法器对模数转换器前后时刻输出的数字信号进行差分运算处理,并从差分运算处理后的N位数字信号中提取M位串行输出,获得随机数序列,其中,N≥M。
5.如权利要求2所述的语音通信装置,其特征在于:所述量子解密模块包括解密单元和解调单元,其中,所述解密单元用于根据对所述第二单光子信号进行解密,所述解调单元用于对解密后的第二光子信号进行解调,以生成第二语音信号。
6.如权利要求5所述的语音通信装置,其特征在于:所述解调单元将解密后的第二光子信号的相位信息转换成光子数强度信息,测量所述光子数强度信息并解调出第二语音信号。
7.如权利要求1所述的语音通信装置,其特征在于:所述语音通信装置还包括匹配模块,所述匹配模块用于与外部终端设备进行匹配验证,以建立通信连接。
8.如权利要求7所述的语音通信装置,其特征在于:所述匹配模块包括通信请求单元,用于向外部终端设备发送通信连接请求,以与所述外部终端设备建立通信连接。
9.一种终端设备,其特征在于,所述终端设备包括如权利要求1-8任意一项所述的语音通信装置。
10.如权利要求9所述的终端设备,其特征在于:所述终端设备为个人电脑或固话机。
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