CN103000181B - 基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统及其实现方法，主要解决了现有技术中存在的针对公众通信网络的语音加密方法可靠性不高、技术难度较大、不便于实施的问题。该基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统，包括电源，还包括与电源相连的处理器，均与处理器相连的存储器、数/模转换模块、语音压缩/解压模块、加/解密模块和数模映射调制/解调模块。通过上述方案，本发明达到了便捷可靠地对语音通信进行保密的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种保密系统，具体地说，是涉及一种基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统及其实现方法。

背景技术

随着技术的不断发展，移动通信作为一种便捷的通信方式已被人们广泛使用，随着移动通信技术的日益普及，通信安全问题也日益突出，成为人们所关注的重要课题。

目前，基于公众通信网进行保密通信的方法主要有以下两种：

基于数据通道的保密通信方法：通过端到端的语音加密方法进行加密，这种加密方式在技术上比较成熟，但是，这种方法存在呼叫建立时间较长、端到端的延迟较大、隐蔽性差、价格昂贵等缺陷，因而该项加密方法的技术普及率很低；

基于语音通道的保密通信方法：通过采用类语音编码技术将加密语音转换为类似语音的模拟数据，从而实现对语音的加密，但是，这种类似语音的模拟数据并非真实的语音数据，语音经过声码器压缩及语音代码转换后将引入一定的误差，这将直接影响加密语音的正常解密，且类语音编码存在编码速率低、计算精确度低和抗干扰性能差等问题，在现有的技术条件下并不能完全消除误码，并且技术实现难度大，很难进行应用推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统及其实现方法，主要解决现有技术中存在的针对公众通信网络的语音加密方法可靠性不高、技术难度较大、不便于实施的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统，包括电源，还包括与电源相连的处理器，均与处理器相连的存储器、数/模转换模块、语音压缩/解压模块、加/解密模块和数模映射调制/解调模块。

基于上述硬件设备，本发明还提供了一种基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统的实现方法，包括以下步骤：

（a）将通讯终端与基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统中的处理器相连；

（b）在进行语音通讯时，进行语音发送的通讯终端中的处理器将输入的语音数据通过数/模转换模块转换为数字语音数据，然后通过语音压缩/解压模块将转换后的数字语音数据进行压缩，之后处理器控制加/解密模块将压缩后的语音数据进行加密，数模映射调制/解调模块则将加密的语音数据进行数模映射调制后传输至进行语音接收的通讯终端；

（c）进行语音接收的通讯终端接收到该加密后的语音数据后，通过与其相连的处理器控制数模映射调制/解调模块将加密语音进行数模映射解调，加/解密模块将解调后的加密语音数据进行解密，然后通过语音压缩/解压模块将解密后的语音数据进行解压，之后通过数/模转换模块将该语音进行还原，完成通讯。

具体地说，所述数模映射调制/解调模块通过以下步骤对加密语音进行调制：

（b1）处理器自动建立由2ⁿ个语音片段及与语音片段一一对应的语音参数索引构成的语音片段数据库，其中，每一个语音参数索引是由相应语音片段的语音特征组成的（n+m）比特数据，其中，n和m均为正整数；

（b2）数模映射调制/解调模块将加密语音根据语音片段数据库内的数据分成两个以上n比特数据，其中，每一个n比特数据为相应语音片段的语音参数索引，在语音片段数据库内查找该语音参数索引所对应的数字语音，并通过数/模转换模块将该数字语音转换为模拟语音进行输出。

进一步地，所述语音特征包括语音片段的A/D数字语音、线谱频率、能量和基音频率。

更进一步地，所述数模映射调制/解调模块通过以下步骤对加密语音进行解调：

（c1）采用波形匹配滤波技术获取同步语音信号并进行语音信号接收；

（c2）将接收到的语音分割为两个以上n比特语音片段，并对每个语音片段分别建立语音参数索引；

（c3）将语音参数索引与语音片段数据库中的语音参数索引进行最大相关匹配，并输出与之具有最大相关性的语音参数索引所对应的比特数据。

本发明中，所述处理器连接有存储器，所述语音片段数据库建立在该存储器上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过在随机数据与真实语音之间建立固定映射关系，利用数模映射调制/解调模块实现加密语音数据到真实语音的转换，即把加密语音数据转换为语音片段并利用普通通信终端，如：手机的语音通道进行传输，不依赖通信终端的型号和网络模式，任意两个可以互通的语音通信终端之间都可以采用本发明进行保密语音和保密短信通信，可以实现与任意型号手机的即插即用，应用范围十分广泛，且能够简便地实现有效加密，符合人们需求；

（2）本发明在信道中传输的数据是正常的语音数据，具有较高的隐蔽性，有利于防范搭线窃听，采用数据加密标准算法加密，算法安全性较高，且用户密钥由用户管理，采用一次一密的方式进行加密，可以抵抗任何搭线窃听和破解，能够高效避免各种安全隐患，可靠性较高；

（3）本发明具有独立的处理器、存储模块和电源等，独立的处理器能够快速完成包括数模映射调制和解调、加解密在内的所有保密数据的处理，因此本发明能够作为一个独立的功能模块完全独立于通信系统，不直接接入网络，大大降低了应用限制，同时具有高安全性和低延迟的优点，具有突出的实质性特点和显著进步，适合大规模推广应用；

（4）本发明以一个通用型即插即用模块解决了广大移动通信用户的通信安全问题，具有广阔的应用市场。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明中语音片段与语音参数索引的数模映射关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

为了解决现有技术中存在的针对公众通信网的语音加密方法可靠性不高、技术难度较大、不便于实施的问题，如图1所示，本发明公开了一种基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统，该系统包括：

电源：对系统中的各模块进行供电，该电源可为外接电源，也可为内嵌式电池；

处理器：控制数模映射调制/解调模块进行信号调制与解调，控制语音压缩/解压模块对语音进行压缩与解压，对语音信号进行加解密和处理；

数/模转换模块：将语音信号进行模拟语音与数字语音的转换，即在发送端上将模拟语音信号转换为数字语音信号，在接收端上将数字语音信号转换为模拟语音信号；

语音压缩/解压模块：将需要传输的语音信号进行压缩，以提高信道利用率，并将接收到的语音进行解压还原；

加/解密模块：对语音数据进行加密和解密操作，以确保数据的传输安全；

数模映射调制/解调模块：将待发送的加密语音信号进行调制，将接收到的加密语音信号进行解调。

由于本系统不依赖通信终端的型号和网络模式，因此其可以集成为一个单独的模块，以实现与普通通信终端，如手机的即插即用，也可以作为一个内置模块直接嵌入手机中形成具有保密通信模式的手机。

本发明通过在真实语音和数据之间建立固定的映射关系，利用数模映射调制/解调模块实现了加密语音数据到真实语音的转换，使得真实语音可以通过移动通信系统进行无失真传输，数模映射调制/解调模块在接收到真实语音后，将该真实语音映射至相应的加密语音数据，从而实现了加密语音数据的完整传输。

为了更为明了的说明本发明的工作方法，在此，将本基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统安装在通信终端，如手机上时，该手机作为发送端和接收端时的工作流程分别进行说明。

发送端：把输入的语音信号通过数/模转换模块转换为数字语音数据，然后将数字语音进行压缩，再把压缩后的数据进行加密，得到加密语音数据。

在对语音数据进行加密后，数模映射调制/解调模块对加密的语音数据进行调制，即首先把加密语音数据分成若干个n比特数据分组，然后把每一个n比特数据分组作为某个语音片段的语音参数索引，并在语音片段数据库中查找该语音参数索引所对应的数字语音，再把这个数字语音转换为模拟语音输出。最后把同步信号转换为某个特定语音标识符与模拟语音一起通过普通手机发送出去。

接收端：首先采用波形匹配滤波技术进行同步信号提取，根据同步进行语音接收，数模映射调制/解调模块把接收到的语音分割为若干个语音片段，对每一个语音片段分别建立语音参数索引（包括语音片段的A/D数字语音、线谱频率、能量和基音频率等，组成长度为（n+m）比特的索引），然后把这个索引与语音片段数据库中的语音参数索引进行最大相关匹配，并把与之具有最大相关性的语音参数索引所对应的n比特数据进行输出，即输出加密语音数据。

处理器对通过数模映射调制/解调模块解调后的加密语音数据进行解密，然后再通过语音压缩/解压模块进行语音解压，最后通过数/模转换模块转换为模拟语音输出。

上述中，语音片段数据库的具体组成如下：

由处理器预先在与其相连的存储器上建立由2ⁿ个语音片段及其语音参数索引构成的数据库，其中，每一个语音参数索引是由相应语音片段的语音特征组成的n+m比特数据，其中，语音片段的语音特征包括：语音片段的A/D数字语音、线谱频率、能量和基音频率等。每一个语音片段可以是一句话，也可以是某个词句的标准读音，但是所有2ⁿ个语音片段中的任意两个语音片段具有不同的语音参数索引，即二者是一一对应关系，如图2所示，所有2ⁿ个语音片段的语音参数索引与2ⁿ个n比特数据分组000…001（n比特）、…、111…111（n比特）形成一个固定的一一对应的数模映射关系。

本发明中，本系统的整体实现方法包括以下步骤：将通讯终端与基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统中的处理器相连；在进行语音通讯时，与进行语音发送的通讯终端相连的处理器将输入的语音数据通过数/模转换模块转换为数字语音数据，然后通过语音压缩/解压模块将转换后的数字语音数据进行压缩，之后处理器控制加/解密模块将压缩后的语音数据进行加密，数模映射调制/解调模块则将加密的语音数据进行数模映射调制后传输至进行语音接收的通讯终端；进行语音接收的通讯终端接收到该加密后的语音数据后，通过数模映射调制/解调模块将其进行数模映射解调，加/解密模块将解调后的加密语音数据进行解密，然后通过语音压缩/解压模块将解密后的语音数据进行解压，之后通过数/模转换模块将该语音进行还原，完成通讯。

上述中，数模映射调制/解调模块进行调制的原理如下：首先把加密语音数据分成若干个n比特数据分组，然后把每一个n比特数据分组作为某个语音片段的语音参数索引，在语音片段数据库中查找该语音参数索引所对应的数字语音，再把这个数字语音转换为模拟语音输出，最后把同步信号转换为某个特定语音标识符与语音片段一起通过普通手机发送出去。

数模映射调制的目的是把加密语音数据转换为适合在公众网语音通道上传输的语音信号，从而确保接收端能够接收到具有相同语音特征的语音数据，进而通过数模映射解调得到与发送端发出的加密语音数据相同的数据，但是，数模映射调制并不提供任何安全性。另外，数模映射调制把相同的加密语音数据分组调制成相同的语音片段，但是这种固定的映射关系并不影响加密语音的安全，因为加密语音数据是由数字语音与密钥通过异或计算得到的，只要采用一次一密加密，这种应用方式就不存在安全漏洞。

数模映射调制/解调模块进行解调的原理如下：首先采用波形匹配滤波技术进行同步信号提取，根据同步进行语音接收，把接收到的语音分割为若干个语音片段，对每一个语音片段分别建立语音参数索引，然后把这个语音参数索引与语音片段数据库中的语音参数索引进行最大相关匹配，并把与之具有最大相关性的语音参数索引所对应的n比特数据输出。

其中，由于最大相关匹配具有一定的纠错功能，因此可以最大限度地实现所接收的语音与相应加密语音数据之间的正确匹配。

本发明中的加解密算法采用的是已经公开的数据加密标准算法，该加解密算法的工作密钥存储于本地，每次通话时通信终端自动选取一个秘密的会话密钥，并将会话密钥和工作密钥进行异或处理后的密钥作为本次通话的工作密钥，为了提高系统的安全性，通信双方可以同时更换系统默认的工作密钥。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (3)

1.基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统的实现方法，其中，基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统包括电源，与电源相连的处理器，均与处理器相连的存储器、数/模转换模块、语音压缩/解压模块、加/解密模块和数模映射调制/解调模块，其特征在于，包括以下步骤：

（a）将通讯终端与基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统中的处理器相连；

（b）在进行保密语音通讯时，进行保密语音发送的通讯终端中的处理器将输入的模拟语音数据通过数/模转换模块转换为数字语音数据，然后通过语音压缩/解压模块将转换后的数字语音数据进行压缩，之后处理器控制加/解密模块将压缩后的语音数据进行加密，数模映射调制/解调模块则将加密的语音数据进行数模映射调制后传输至进行语音接收的通讯终端；

（c）进行语音接收的通讯终端接收到该加密后的语音数据后，通过与其相连的处理器控制数模映射调制/解调模块将加密语音进行数模映射解调，加/解密模块将解调后的加密语音数据进行解密，然后通过语音压缩/解压模块将解密后的语音数据进行解压，之后通过数/模转换模块将该语音进行还原，完成通讯；

所述数模映射调制/解调模块通过以下步骤对加密语音进行调制：

（b1）处理器自动建立由2ⁿ个语音片段及与语音片段一一对应的语音参数索引构成的语音片段数据库，其中，每一个语音参数索引是由相应语音片段的语音特征组成的（n+m）比特数据，其中，n和m均为正整数；

（b2）数模映射调制/解调模块将加密语音根据语音片段数据库内的数据分成两个以上n比特数据，其中，每一个n比特数据为相应语音片段的语音参数索引，在语音片段数据库内查找该语音参数索引所对应的数字语音，并通过数/模转换模块将该数字语音转换为模拟语音进行输出；

所述数模映射调制/解调模块通过以下步骤对加密语音进行解调：

（c1）采用波形匹配滤波技术获取同步语音信号并进行语音信号接收；

（c2）将接收到的语音分割为两个以上n比特语音片段，并对每个语音片段分别建立语音参数索引；

（c3）将语音参数索引与语音片段数据库中的语音参数索引进行最大相关匹配，并输出与之具有最大相关性的语音参数索引所对应的比特数据。

2.根据权利要求1所述的基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统的实现方法，其特征在于，所述语音特征包括语音片段的A/D数字语音、线谱频率、能量和基音频率。

3.根据权利要求2所述的基于公众通信网语音通道进行保密通信的系统的实现方法，其特征在于，所述处理器连接有存储器，所述语音片段数据库建立在该存储器上。