CN101345965A - 基于语音码流的加密通话方法以及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于语音码流的加密通话方法和移动终端，包括：主叫终端与被叫终端开启加密语音通信使用开关；所述主叫终端向网络上报加密通信呼叫请求，并与所述被叫终端建立加密通信连接；由所述主叫终端与所述被叫终端获取加解密所述加密通信的密钥；通过所述主叫终端将模拟语音信号转换成数字语音信号，并进行语音编码；调用所述主叫终端侧加密单元，通过所述密钥将所述数字语音信号进行加密后透传给所述被叫终端；当所述被叫终端接收到所述已加密的数字语音信号后，调用所述被叫终端侧加密单元，通过所述密钥解密得到所述数字语音信号；将所述数字语音信号进行解码，并转换成模拟语音信号。本发明能够有效保障端到端语音通信的安全性。

Description

基于语音码流的加密通话方法以及移动终端

技术领域

本发明属于移动通讯领域，具体涉及基于语音码流的加密通话方法以及移动终端。

背景技术

目前，蜂窝移动通信系统经历了三代技术的发展，已被广泛应用和普及。虽然2G/3G系统在安全性方面拥有了长足进步，但对于普通语音等通信内容的保护还比较基础，存在一定的隐患。

以CDMA 1X系统为例，对于语音通信，CDMA系统本身具有扩频扰码机制，系统提供了私有长码和公用长码两种机制对语音进行加扰。但这存在两个问题，首先，此机制未实现端到端的加密，只是空口一段的加密；另外，CDMA标准使用的加密算法理论上早已被破解，空口信号任何人可以接收，借助于专用设备的破解风险依然存在。

同时，随着经济社会的发展、移动通信的普及和发展，通信安全越来越受到重视并成为热点问题。对于一些特殊行业及一些高端人士，需要移动通信有更高的安全性能。其不仅要防止通话在无线传输部分的监听，还要避免通话在传输中被截获或窃听，所以如何满足这部分用户在语音通话中的端到端加密需求，给整个系统特别是终端的设计提出了巨大的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供基于语音码流的加密通话方法以及移动终端。能够有效保障端到端语音通信的安全性，对语音质量无影响，且实现简便、灵活。

本发明提出一种基于语音码流的加密通话移动终端，包括基带单元、射频单元、电源管理单元、外围器件单元，在基带单元中包括声码器，其特征在于，还包括接口和开关，其中：声码器，将模拟语音信号转换成数字语音信号后进行语音编码，并将编码后的语音信号传送给接口，以及将所述接口传送回的数字语音信号进行解码，并转换成模拟语音信号；开关，与所述声码器相连，配置于在普通语音通信和加密语音通信之间进行转换，当进行普通语音通信时，所述开关开通所述声码器与射频单元之间的通道，当进行加密语音通信时，所述开关开通所述声码器与所述接口之间的通道；接口，接收到所述声码器发送的数字语音信号时，调用加密单元进行加密，并将已加密的数字语音信号传送给所述射频单元，以及在接收到所述射频单元发送的已加密的数字语音信号时，调用所述加密单元进行解密，并将解密后数字语音信号传送给所述声码器；射频单元，将所述加密后语音码流经过编码交织后向空口的发送，以及将从空口接收到的语音码流发送给所述接口。

此外，还包括：加密单元，获取密钥，并在接收到所述接口的调用指示时通过所述密钥进行加密和解密。

此外，所述加密单元获取密钥的方式包括以下至少之一：由网络服务器分发；主叫终端与被叫终端协商；半固定密钥。

此外，还包括：检测单元，检测所述加密单元的加密操作的完整性和有效性，当检测通过时，通知所述开关开通所述声码器与所述接口之间的通道。

此外，所述开关在起呼前或在通话中开通所述声码器与所述接口之间的通道。

此外，所述加密单元保持码流长度和速率不变，且加解密操作时延小于等于系统设定的时限。

根据本发明另一方面，提出一种基于语音码流的加密通话方法，包括：主叫终端与被叫终端开启加密语音通信使用开关；所述主叫终端向网络上报加密通信呼叫请求，并与所述被叫终端建立加密通信连接；由所述主叫终端与所述被叫终端获取加解密所述加密通信的密钥；通过所述主叫终端将模拟语音信号转换成数字语音信号，并进行语音编码；调用所述主叫终端侧加密单元，通过所述密钥将所述数字语音信号进行加密后透传给所述被叫终端；当所述被叫终端接收到所述已加密的数字语音信号后，调用所述被叫终端侧加密单元，通过所述密钥解密得到所述数字语音信号；将所述数字语音信号进行解码，并转换成模拟语音信号。

此外，在主叫终端与被叫终端开启加密语音通信使用开关之前的操作，包括：由所述主叫终端在起呼前选择发起加密通信，或者在所述主叫终端与所述被叫终端的通话中，由所述主叫终端与所述被叫终端进行商定转向加密通信。

此外，由所述主叫终端与所述被叫终端获取加解密所述加密通信的密钥的方式包括以下至少之一：由网络服务器分发；主叫终端与被叫终端协商；半固定密钥。

此外，通过所述密钥将所述数字语音信号进行加密的操作，包括：保持码流长度和速率不变，且加解密操作时延小于等于系统设定的时限。

此外，通过所述密钥解密得到所述数字语音信号的操作，包括：保持码流长度和速率不变，且加解密操作时延小于等于系统设定的时限。

此外，在主叫终端与被叫终端开启加密语音通信使用开关之前的操作，还包括：检测加密的完整性和有效性，若检测通过，则建立加密通信连接，否则放弃执行加密操作。

与现有技术相比，本发明采用在主被叫终端声码器外对语音码流进行加解密处理，中间经过编码交织及透传，都不改变原加密码流，属于电路域范畴，传输质量可靠，因此保证了端到端语音通信的安全性。

语音质量不受影响。本发明中的加解密功能对语音码流进行无损操作，不改变原加解密语音码流速率格式和特点，且严格控制处理时延，因此对语音通话质量无任何不良影响。

加密算法选择具有灵活性。本发明单元化的功能设计，只在时延和速率上对算法要求，给加密算法的选择带来了极大的灵活性，可采用流算法或分组算法，且可以使用同种加密算法的不同模式加密。

实现简便，投资少。本发明实现简单，甚至可使用软件算法内置即可实现，且运算和存储要求都不高，终端改造投资较小。

附图说明

图1示出本发明中基于语音码流的加密通话移动终端工作场景示意图。

图2示出本发明中基于语音码流的加密通话移动终端结构图。

图3示出本发明中内置加密单元的移动终端结构图。

图4示出本发明中附带检测单元的移动终端结构图

图5示出本发明中基于语音码流的加密通话方法流程图。

图6示出本发明中基于语音码流的加密通话方法，当被叫终端向主叫终端发送语音信号的流程图。

图7示出本发明另一实施方式中基于语音码流的加密通话方法流程图。

图8示出本发明在通话中选择加密通信的方法实施例。

图9示出本发明中在起呼前选择加密通信的方法实施例。

具体实施方式

图1示出本发明中基于语音码流的加密通话移动终端工作场景示意图，移动终端包括具有加解密功能的主叫终端与被叫终端。

主叫终端与被叫终端开启加密通信开关，向网络上报加密通信呼叫请求并建立呼叫连接，获取用于加解密所述加密通信的密钥。由主叫终端将模拟语音信号转换成数字语音信号，并进行语音编码。将所述数字语音信号通过所述密钥进行加密后透传给所述被叫终端。当被叫终端接收到已加密的所述数字语音信号后，通过所述密钥解密得到所述数字语音信号。将所述数字语音信号进行解码，并转换成模拟语音信号。

图2示出本发明中基于语音码流的加密通话移动终端结构图，包括基带单元、射频单元、电源管理单元、外围器件单元(比如，屏幕、键盘、耳麦、摄相头、电池等)，在基带单元中包括声码器。本发明还新增了接口以及开关。此时，所述加密通话系统中的加密单元是外置的专用硬件加解密芯片，对应的载体可以是存储卡、UIM/SIM卡、USB棒等。由接口调用所述加密单元执行加解密操作，所述接口通常由芯片本身提供的异步通信串口或USB接口担任。

声码器，内置在芯片内，将模拟语音信号转换成数字语音信号后进行语音编码，并将编码后的语音信号传送给接口；以及将所述接口传送回的数字语音信号进行解码，并转换成模拟语音信号。声码器与SPK和MIC(产生器)相连，输入输出的是经过声码器编码后的语音码流，码流格式根据不同的移动制式有不同，以CDMA为例，CDMA 1X系统中，声码器输出的码流是变速率(有全速率、半速率等几种)的EVRC编码码流，属于电路域范畴，传输质量可靠。

开关，与所述声码器相连，配置于在普通语音通信和加密语音通信之间进行转换。当进行普通语音通信时，所述开关开通所述声码器与所述射频单元之间的通道，当进行加密语音通信时，所述开关开通所述声码器与所述接口之间的通道。所述开关可以是电子模拟开关，也可以是电子控制的固态开关。

接口，接收到所述声码器发送的数字语音信号时，调用加密单元进行加密，并将已加密的数字语音信号传送给射频单元，以及在接收到所述射频单元发送的已加密的数字语音信号时，调用加密单元进行解密，并将解密后数字语音信号传送给所述声码器。

射频单元，将接口发送的加密后语音码流经过编码交织后向空口发送；以及将从空口接收到的语音码流发送给接口。

其中，所述开关可以在起呼前或在正常通话中开通所述声码器与所述接口之间的通道。此时，主叫终端与被叫终端的各请求都可经过若干网元的处理或中继。上述说明只是用于理解本发明，不应看作是对本发明的限制。

图3示出本发明中内置加密单元的移动终端结构图，在图2所述移动终端的基础上还包括加密单元。加密单元获取密钥，在接收到所述接口的调用指示时，通过密钥进行加密和解密操作。此时，所述加密单元通过内置硬件方式或逻辑上的软件单元(如固化在固件中)加入移动终端。所述接口只是一个函数接口。所述开关仅在逻辑意义上有所定义，用于控制加密单元是否使用，而控制本身全部由函数调用实现。

所述加密单元获取密钥的方式主要包括以下三种：由网络服务器分发，如利用短信；主叫终端与被叫终端协商，如利用带内DTMF(DualTone Multi Frequency，双音多频)方式传递，此时，主叫终端与被叫终端的各请求都可经过若干网元的处理或中继；半固定密钥，即将密钥进行定期或不定期更新。

图4示出本发明中附带检测单元的移动终端结构图。

检测单元，检测所述加密单元的完整性和有效性，包括对加密性能的检测以及可能的鉴权过程，当检测通过时，通知所述开关开通所述声码器与所述接口之间的通道，进行加密语音通信。当检测未通过时，通知所述开关开通所述声码器与所述射频单元之间的通道，进行普通语音通信，或者直接结束本次语音通信。

通过检测单元执行的检测操作，进一步确保了通信的安全性。在加密操作缺乏完整性和有效性时，可以提示用户当前通信不安全，用户可以选择放弃此次通话。本发明甚至可使用软件算法内置即可实现，且运算和存储要求都不高，终端改造投资较小，实现简便。

本发明中加密单元内部采用的加密算法应满足两个主要指标：进出加密单元的码流长度和速率不变；加解密操作的时延小于等于系统设定的时限，如在CDMA 1X系统中是20ms。本发明中的加解密功能对语音码流进行无损操作，不改变原加解密语音码流速率格式和特点，且严格控制处理时延，因此对语音通话质量无任何不良影响。此外，由于本发明单元化的功能设计，只在时延和速率上对算法要求，给加密算法的选择带来了极大的灵活性，可采用流算法或分组算法，且可以使用同种加密算法的不同模式加密。因此，加密算法选择具有灵活性。

本发明通过对语音码流进行特殊加解密处理，中间经过编码交织及透传，都不改变原加密码流，属于电路域范畴，传输质量可靠，因此具有较好的端到端加密通信的安全性。

下面结合具体实施例来说明本发明中加密单元的工作模式。加密单元采用单独的UIM卡为载体(不带原UIM卡鉴权等功能)，算法采用ECB模式下的分组加密算法，终端开辟新的标准卡槽(ISO7816标准)用于支持加密卡数据交互。在CDMA 2000 1X网络下，以固定方式获取密钥。

原ISO7816标准UIM卡引脚定义依次为：VCC，RST，CLK，未定义，GND，Programming voltage Vpp，I/O，未定义。在本发明所述加密应用中，分别定义为VCC(含RST)、CLK、GND、I/O，其中除I/O外的三个引脚都沿用终端提供给UIM卡的原定义，I/O脚逻辑则重新定义如下：加密单元要同时处理加密和解密双向码流，分别是加密进、加密出、解密进、解密出的码流。

下面对I/O数据流进行描述。其中，数据流包括起始位、数据位、校验位、停止位、通信速率115200bps，通信采用异步串口形式。

帧格式为：两字节帧头、一字节信令位、一字节帧长位、一字节异或校验位、数据位，帧长所标识的字节数、一字节返回位，返回数据的第一个字节表示结果，(00成功，非0失败)。

定义下述信令格式以实现加密前检测、加密、解密操作。其中：

启动检测

输入：信令0x00、帧长0x00；返回：信令0x00、帧长0x01。

语音加密

输入：信令0x01、帧长0x16；返回：信令0x01、帧长0x17。

语音解密

输入：信令0x02、帧长0x16；返回：信令0x02、帧长0x17。

实施过程中，每14.8ms作为一个重复周期，首先终端发起语音加密指令，把171bit的语音数据及部分附属信息，约经过3ms左右的传输时间传递给加密单元，加密单元约经过1.4ms时间进行加密处理，然后发起数据传输请求，再经过约3ms左右时间把加密后信息传回终端。终端在收到加密后的信息后，一方面对加密后信息进行交织编码等操作再交由射频传输，另一方面同时启动这一周期的解密操作，同样约7.4ms后，终端完全收到解密后的数据，并开始下一周期的操作，直到双方通信的完成。

图5示出本发明中基于语音码流的加密通话方法，包括以下步骤：

在步骤101，主叫终端与被叫终端开启加密语音通信使用开关；

在步骤102，所述主叫终端向网络上报加密通信呼叫请求，并与所述被叫终端建立加密通信连接；

其中，发起所述加密通信的操作可以是主叫终端在起呼前选择发起加密通信，即向被叫终端发送的通信为已加密。也可以是主叫终端与被叫终端在正常通话中，由主叫终端与被叫终端进行商定转向加密通信。此时，主叫终端与被叫终端的各请求都可经过若干网元的处理或中继。

主叫终端与被叫终端都是具有提供加密功能的加密终端。如果主叫终端不提供加密功能，则不能发起加密通信，如果被叫终端不提供加密功能，则不能接受所述加密通信。

在步骤103，由所述主叫终端与所述被叫终端获取加解密所述加密通信的密钥；

其中，获取密钥的方式主要包括以下三种：由网络服务器分发，如利用短信；主叫终端与被叫终端协商，如利用带内DTMF方式传递；半固定密钥，即将密钥进行定期或不定期更新。获取密钥可以是在起呼前获取，也可以是在通话中获取。主叫终端与被叫终端可以预设密钥获取方式，也可以在需要获取时进行协商。

在步骤104，通过所述主叫终端将模拟语音信号转换成数字语音信号，并进行语音编码；

在步骤105，调用所述主叫终端侧加密单元，通过所述密钥将所述数字语音信号进行加密后透传给所述被叫终端；

在步骤106，当所述被叫终端接收到所述已加密的数字语音信号后，调用所述被叫终端侧加密单元，通过所述密钥解密得到所述数字语音信号；

在步骤107，将数字语音信号进行解码并转换成模拟语音信号。

图6示出本发明中基于语音码流的加密通话方法，当被叫终端向主叫终端发送语音信号的操作，还包括以下步骤：

在步骤108，由被叫终端将模拟语音信号转换成数字语音信号，并进行语音编码。

在步骤109，调用所述被叫终端侧加密单元，通过所述密钥将所述数字语音信号进行加密后透传给所述主叫终端。

在步骤110，当主叫终端接收到已加密的所述数字语音信号后，调用所述主叫终端侧加密单元，通过所述密钥解密得到数字语音信号。

在步骤111，将数字语音信号进行解码并转换成模拟语音信号。

在上述加密、解密操作中，在步骤105和步骤108所执行的加密操作中，保持码流长度和速率不变，且加密操作时延小于等于系统设定的时限。在步骤106和步骤109所执行的解密操作中，保持码流长度和速率不变，且加密操作时延小于等于系统设定的时限。由于上述加解密功能对语音码流进行无损操作，不改变原加解密语音码流速率格式和特点，且处理时延严格控制，因此对语音通话质量无任何不良影响。

图7示出本发明另一实施方式中基于语音码流的加密通话方法，在步骤101，在主叫终端与被叫终端开启加密语音通信使用开关之前的操作，还包括以下步骤：在步骤100a，检测加密的完整性和有效性，若检测通过，则执行步骤101，开启加密语音通信使用开关，并继续执行图5中其他操作。否则，执行步骤100b放弃加密操作，可以是使用普通通话进行通信，或者直接结束流程。

图8示出本发明在通话中选择加密通信的方法实施例，包括以下步骤：

在步骤201，主叫终端与被叫终端处于正常待机状态。

在步骤202，主叫终端发起向被叫终端的普通语音呼叫，并正常接续。

在步骤203，主叫终端与被叫终端在正常通话中商定是否转向保密通信，若选择否(双方不用操作)，则跳至步骤214，若选择是(通过双方按键选择实现)，并约定获取密钥的方式，则延续以下流程。

在步骤204，主叫终端自动检测加密的完整性和有效性，这包括对加密性能的检测以及可能的鉴权过程，若检测不通过，则跳至步骤212，若检测通过，延续以下流程。

在步骤205，主叫终端与被叫终端开启加密语音通信使用开关。

在步骤206，主叫终端向网络上报加密通信呼叫请求，并与被叫终端建立呼叫。

在步骤207，按照预设的密钥获取方式获得本次通话密钥。

在步骤208，由主叫终端将模拟语音信号转换成数字语音信号，并进行语音编码。

在步骤209，将所述数字语音信号通过所述密钥进行加密后透传给所述被叫终端。

在步骤210，当被叫终端接收到已加密的所述数字语音信号后，通过所述密钥解密得到所述数字语音信号。

在步骤211，将所述数字语音信号进行解码，并转换成模拟语音信号，跳至步骤215。

在步骤212，提示用户加密操作有误，只可普通通话。

在步骤213，用户选择是否使用普通通话，如果选择否，跳至步骤215，如果选择是，则延续以下流程。

在步骤214，普通正常CDMA呼叫流程和处理。

在步骤215，完成通话，释放通话，释放资源。

图9示出本发明中在起呼前选择加密通信的方法实施例，包括以下步骤：

在步骤301，主叫终端与被叫终端处于正常待机状态。

在步骤302，主叫终端选择是否使用加密模式，如果是，约定获取密钥的方式，则延续以下流程，否则，跳至步骤313。所述选择操作可以通过菜单实现。

在步骤303，主叫终端自动检测加密的完整性和有效性，这包括对加密性能的检测以及可能的鉴权过程，若检测不通过，则跳至步骤311，若检测通过，延续以下流程。

在步骤304，主叫终端与被叫终端开启加密语音通信使用开关。

在步骤305，主叫终端向网络上报加密通信呼叫请求，并与被叫终端建立呼叫。

在步骤306，按照预设的密钥操作模式获得本次通话密钥。

在步骤307，由主叫终端将模拟语音信号转换成数字语音信号，并进行语音编码。

在步骤308，将所述数字语音信号通过所述密钥进行加密后透传给所述被叫终端。

在步骤309，当被叫终端接收到已加密的所述数字语音信号后，通过所述密钥解密得到所述数字语音信号。

在步骤310，将所述数字语音信号进行解码，并转换成模拟语音信号，跳至步骤314。

在步骤311，提示用户加密操作有误，只可普通通话。

在步骤312，用户选择是否使用普通通话，如果选择否则跳至步骤314，如果选择是，则延续以下流程。

在步骤313，普通正常CDMA呼叫流程和处理。

在步骤314，完成通话，释放通话，释放资源。

本发明方案与移动制式无关，可广泛应用于所有制式的基于语音码流的加密通话系统，如CDMA、GSM、WCDMA、TDSCDMA等。另外，本发明中的加密方式也可以扩展到其他应用中，比如加密短信等。

Claims (12)

1.一种基于语音码流的加密通话移动终端，包括基带单元、射频单元、电源管理单元、外围器件单元，在基带单元中包括声码器，其特征在于，还包括接口和开关，其中：

声码器，将模拟语音信号转换成数字语音信号后进行语音编码，并将编码后的语音信号传送给接口，以及将所述接口传送回的数字语音信号进行解码，并转换成模拟语音信号；

开关，与所述声码器相连，配置于在普通语音通信和加密语音通信之间进行转换，当进行普通语音通信时，所述开关开通所述声码器与射频单元之间的通道，当进行加密语音通信时，所述开关开通所述声码器与所述接口之间的通道；

接口，接收到所述声码器发送的数字语音信号时，调用加密单元进行加密，并将已加密的数字语音信号传送给所述射频单元，以及在接收到所述射频单元发送的已加密的数字语音信号时，调用所述加密单元进行解密，并将解密后数字语音信号传送给所述声码器；

射频单元，将所述加密后语音码流经过编码交织后向空口的发送，以及将从空口接收到的语音码流发送给所述接口。

2.如权利要求1所述的加密通话移动终端，还包括：加密单元，获取密钥，并在接收到所述接口的调用指示时通过所述密钥进行加密和解密。

3.如权利要求2所述的加密通话移动终端，其中：所述加密单元获取密钥的方式包括以下至少之一：由网络服务器分发；主叫终端与被叫终端协商；半固定密钥。

4.如权利要求1或2所述的加密通话移动终端，还包括：检测单元，检测所述加密单元的加密操作的完整性和有效性，当检测通过时，通知所述开关开通所述声码器与所述接口之间的通道。

5.如权利要求1所述的加密通话移动终端，其中：所述开关在起呼前或在通话中开通所述声码器与所述接口之间的通道。

6.如权利要求1或2所述的加密通话移动终端，其中：所述加密单元保持码流长度和速率不变，且加解密操作时延小于等于系统设定的时限。

7.一种基于语音码流的加密通话方法，包括：

主叫终端与被叫终端开启加密语音通信使用开关；

所述主叫终端向网络上报加密通信呼叫请求，并与所述被叫终端建立加密通信连接；

由所述主叫终端与所述被叫终端获取加解密所述加密通信的密钥；

通过所述主叫终端将模拟语音信号转换成数字语音信号，并进行语音编码；

调用所述主叫终端侧加密单元，通过所述密钥将所述数字语音信号进行加密后透传给所述被叫终端；

当所述被叫终端接收到所述已加密的数字语音信号后，调用所述被叫终端侧加密单元，通过所述密钥解密得到所述数字语音信号；

将所述数字语音信号进行解码，并转换成模拟语音信号。

8.如权利要求7所述的加密通话方法，其中，在主叫终端与被叫终端开启加密语音通信使用开关之前的操作，包括：

由所述主叫终端在起呼前选择发起加密通信，或者

在所述主叫终端与所述被叫终端的通话中，由所述主叫终端与所述被叫终端进行商定转向加密通信。

9.如权利要求7所述的加密通话方法，其中，由所述主叫终端与所述被叫终端获取加解密所述加密通信的密钥的方式包括以下至少之一：由网络服务器分发；主叫终端与被叫终端协商；半固定密钥。

10.如权利要求7所述的加密通话方法，其中，通过所述密钥将所述数字语音信号进行加密的操作，包括：保持码流长度和速率不变，且加解密操作时延小于等于系统设定的时限。

11.如权利要求7所述的加密通话方法，其中，通过所述密钥解密得到所述数字语音信号的操作，包括：保持码流长度和速率不变，且加解密操作时延小于等于系统设定的时限。

12.如权利要求7所述的加密通话方法，其中，在主叫终端与被叫终端开启加密语音通信使用开关之前的操作，还包括：检测加密的完整性和有效性，若检测通过，则建立加密通信连接，否则放弃执行加密操作。

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