CN103002406B - 一种应用于窄带无线数字通信系统的话音加密方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于窄带无线数字通信系统的话音加密方法，包括：在发送端按下PTT之后，发送端首先发送呼叫控制信令到被叫方；在话音传输过程中，发送端将密钥信息帧的信息分割，通过连续预定数量的话音帧来传输密钥信息帧至接收方，该密钥信息帧的信息包括信息头、密钥同步帧信息、帧序号；接收方在接收到发送端的话音帧后，获取到密钥信息帧，再根据其密钥同步帧信息和帧序号获取解密密钥，将当前话音帧的话音信息与上一帧获取的解密密钥异或来解密。本发明所提供的话音加密方法应用于窄带无线数字通信系统中，通过在固定时序偷取话音帧来传输信息头、密钥同步帧信息和帧序号，并且使得在偷取话音帧的情况下话音质量依然达到很好的效果。

Description

一种应用于窄带无线数字通信系统的话音加密方法

技术领域

本发明涉及窄带无线数字通信领域，尤其涉及一种应用于窄带无线数字通信系统的话音加密方法。

背景技术

在语音加密是对通话信息进行伪装，使未经授权者不能听懂其通话内容。被伪装处理的语音称为明话，对语音信息进行伪装处理过程称为语音加密，加密后的语音信息称为密话，加密者使用的一套规则程序称为加密算法，通常算法是在一组密钥控制下进行的。接受者借助密钥，用于加密相反的算法将密话恢复成能听懂的明话，这个过程称为解密或脱密。

话音保密技术主要分模拟和数字话音保密技术。频域置乱就是话音最早采用的模拟话音保密技术，至今仍在广泛运用。频域置乱有三种常用技术：倒频器、带移倒频及频带分割，主要是用调制器和滤波器来实现频率的搬移，测频和分割。倒频就是将信号的高频和低频进行交换，即将信号的高频部分搬到低频段，而将低频部分搬到高频段。倒频后的信号和原始信号具有相同的频带范围。由于原始语音信号的频率成分被置乱从而降低了可懂度，起到话音保密作用。在接收端用同样的倒频器再将信号恢复，这种倒频器也就是最简单的话音置乱器，本质上是一个编码器，常用倒频器没有密钥，因此它的保密性是有限的。此外还有带移倒频，带移倒频是以倒频器为基础引入密钥，通话双方可以使用约定的密钥进行保密通信。这样带移倒频器就成为真正意义上的语音保密机。还有一种是频带分割，也叫做频带置乱，这也是模拟话音保密机中最常用的一种技术。其方法就是把原始信号频谱分割成几个相等的子带，然后重新排列这些子带的次序以实现置乱，还可对某些子带进行倒频交换。此外还有时域置乱、二维置乱、模—数—模置乱等话音保密技术。

数字话音保密技术可以达到很高的保密度，并且克服了模拟话音保密技术中保密度和话音质量两全其美的困难。数字保密系统包括话音编、解码器和数字调制、解调器以及信道编、译码器。工作原理是如图1所示，模拟语音信号经过话音编码器(模数编码器)进行数字编码成为数字信号，再通过加密器变成数字加密话音信号，经信道编码器进行纠错，再经数字调制器将数字信号转变成适合于发送端信道传输的模拟信号。如图2所示，在接收端再由解调器还原成数字信号，再经信道译码器、解密器、数模转换器恢复话音信号。数字话音保密技术由于输出的加密信号具有伪随机的特性，因此对于窃听者来讲只是一片噪音，可懂度为零。由此可见，在重要的场合大多数采用数字话音保密技术对数字话音加密。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于窄带无线数字通信系统的话音加密方法，通过在固定时序偷取话音帧来传输信息头、密钥同步帧信息和帧序号的，并且使得在偷取话音帧的情况下保证话音质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种应用于窄带无线数字通信系统的话音加密方法，包括：

在发送端按下PTT之后，发送端首先发送呼叫控制信令到被叫方；

在话音传输过程中，发送端将密钥信息帧的信息分割，通过连续预定数量的话音帧来传输密钥信息帧至接收方，该密钥信息帧的信息包括信息头、密钥同步帧信息、帧序号；

接收方在接收到发送端的话音帧后，获取到密钥信息帧，再根据其密钥同步帧信息和帧序号获取解密密钥，将当前话音帧的话音信息与上一帧获取的解密密钥异或来解密。

上述方法中，在话音传输过程中，每隔一个密钥信息帧时间发送一次密钥信息帧。

上述方法中，在发送端按下PTT后第一次发送密钥信息帧时，该密钥信息帧的信息头从最高位到最低位连续一半设为1；在第二次及之后发送密钥信息帧时，该密钥信息帧的信息头从最高位到最低位全部设为1。

上述方法中，接收端在接收到发送端的话音帧后，通过最高位到最低位连续一半或全部为1的信息头来获取密钥信息帧的边界信息；

当接收到的信息头从最高位到最低位连续一半为‘1’，表明后面紧跟着的连续预定数量的小帧是密钥信息帧，而不是话音帧；当接收到的信息头从最高位到最低位全部为‘1’，表明后面紧跟着的预定数量的超帧的第一个小帧是密钥信息帧，而不是话音帧。

上述方法中，发送端还设有话音缓冲区。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明所提供的话音加密方法应用于窄带无线数字通信系统中，通过在固定时序偷取话音帧来传输信息头、密钥同步帧信息和帧序号，并且使得在偷取话音帧的情况下话音质量依然达到很好的效果。

附图说明

图1是数字发射端的系统结构示意图。

图2是数字接收端的系统结构示意图。

图3是加密及解密流程示意图。

图4是本发明实施例中密钥信息帧结构示意图。

图5是本发明实施例中按下PTT后第一次发送的密钥信息帧分布位置示意图。

图6是本发明实施例中第2次或第2次之后发送的密钥信息帧分布位置示意图。

图7是本发明实施例中用前一个话音帧来替换本次偷帧信息的示意图。

图8是本发明实施例中的发射流程图。

图9是本发明实施例中的接收流程图。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

（一）加密的语音数据源

加密的语音数据源来自于AMBE3000声码器比特信息。

（二）加密卡操作

加密卡存放着话音密钥。加密卡在空中进行传输的有2类信息：1）帧序号；2）同步帧。同时，由于在这里的话音帧信息是每固定时间传输一小帧，因此，还需要将加密卡所需要的另一个固定时间帧和这话音帧进行对齐，该操作是通过在空中添加额外的同步信息SYNC来实现的。

（三）语音加密流程

1）在发送端，每次按下PTT之后，MCU向加密卡发送呼叫类型、ID信息（若为个呼，发送主叫ID和被叫ID给加密卡；若为组呼，发送主叫ID和被叫组ID给加密卡），然后加密卡返回给MCU表明是否存有有关该信息的密钥值，若没有则本次通话失败，若有则继续；

在接收端，MCU向加密卡发送呼叫类型和呼叫ID（若为个呼，发送主叫ID和被叫ID给加密卡；若为组呼，发送主叫ID和被叫组ID给加密卡）；

2）在发送端，MCU向加密卡索要同步帧信息，加密卡返回同步帧信息，然后MCU将同步帧信息通过空中发送出去；

3）在接收端，MCU将接收到的同步帧信息送给加密卡；

4）在发送端，每来一帧，则MCU向加密卡索要1个密钥值和密钥帧序列号，然后MCU将序列号通过空中发送出去，将密钥值和本次话音信息进行异或之后发送出去；

5）在接收端，MCU将接收到的帧序号送给加密卡，加密卡返回密钥值，然后与接收到的话音信息进行异或来实现解密；

在上述流程中，为了实现迟入功能，可以隔一段时间发送1次同步帧信息；为了实现接收端能够在发送端按下PTT之后、发送话音之前接收到同步帧信息，发送端可以连续发送多次的同步帧信息；在发送端按下1次PTT之后、未松开PTT之前，加密卡送出的同步帧是相同的。

3.4密钥信息传输机制

在发送端按下PTT之后，MCU开始获得话音帧，使用几个小帧（具体个数视具体情况而定）来传输信息头、密钥同步帧信息，格式如图4所示。

可见，首先对密钥同步帧信息KeySync和帧序号FN进行CRC-8的计算，然后对密钥同步帧信息KeySync、FN和CRC-8进行了编码。那么密钥同步帧KeySync、帧序号FN和CRC-8经过编码后变成了KeySync+(FN+CRC)。

由于每来一个帧，MCU就向加密卡索要一个密钥值和序列号FN，而这里的话音帧信息是一个小帧，所以设计了同步信息帧头SYNC来实现这里帧和小帧的对齐。帧头（SYNC）信息是从最高位到最低位连续一半或全部都为“1”的信息，用于区分密钥信息帧的边界。当信息头SYNC从最高位开始有一半个连续的“1”时，表示后面紧跟着的连续几个小帧（具体个数视具体情况而定）是密钥信息帧，这样做的目的是为了实现接收端能够在发送端按下PTT后、发送话音之前接收到同步帧信息，如图5所示。当信息头SYNC是全“1”时，表示这次超帧的时间开始从信息头SYNC的第一个小帧开始算起，实现上面所说的帧和小帧的对齐，然后这一超帧之后紧跟着的连续几个超帧（具体个数视具体情况而定）的第一个小帧是密钥信息帧，如图6所示。

在话音传输过程中，每个超帧偷1帧话音帧，一共几个超帧（具体个数视具体情况而定）构成一帧密钥信息帧，从而实现的迟入延时时间是固定的。本实施例定义在每1个超帧周期的第1个小帧为偷帧的密钥信息帧内容，其中：FN为几个超帧（具体个数视具体情况而定）的第1个帧的加密帧的帧号信息。

在发送端，按下PTT之后，MCU花费一定的时间去建立加密卡的callsetup、读取加密卡的帧同步KeySync、帧序号FN、密钥信息等等，为后面的加密做准备，之后花费几个连续的小帧（具体个数视具体情况而定）去传输密钥同步帧。此后，每隔一个密钥信息帧时间会发送一次密钥信息帧。由于刚开始有一段时间不是用来传输话音的，所以刚开始时会丢失话音，为了避免刚按下PTT而丢失刚开始的那段话音，需要有个话音缓冲区，缓冲区大小视通话效果而定。

在接收端，MCU通过最高位到最低位连续一半或全部为’1’的SYNC信息来获取帧边界信息。当接收到SYNC信息从最高位开始连续加起来有一半的‘1’，说明后面紧跟着的几个小帧（具体个数视具体情况而定）是密钥信息帧，而不是话音帧；当接收到SYNC信息从最高位到最低位是全部为’1’，说明后面紧跟着的几个超帧（具体个数视具体情况而定）的第一个小帧是密钥信息帧，而不是话音帧。如果是密钥信息帧就是用前一个小帧的话音帧来替换本次偷帧信息，如图7所示。如果MCU在一定时间内，仍旧没有接收到SYNC信息,则认为发射机是没有加密卡的，那么就不需要解密，使其即可以听到密话也可以听到明话，一旦接收到有SYNC信息就进入解密密话的处理。具体的发射流程如图8所示，接收流程如图9所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应用于窄带无线数字通信系统的话音加密方法，其特征在于，该方法包括：

在发送端按下PTT之后，发送端首先发送呼叫控制信令到被叫方；

在话音传输过程中，发送端将密钥信息帧的信息分割，通过连续预定数量的话音帧来传输密钥信息帧至接收方，该密钥信息帧的信息包括信息头、密钥同步帧信息、帧序号；

接收方在接收到发送端的话音帧后，获取到密钥信息帧，再根据其密钥同步帧信息和帧序号获取解密密钥，将当前话音帧的话音信息与上一帧获取的解密密钥异或来解密；

该方法中，在话音传输过程中，每隔一个密钥信息帧时间发送一次密钥信息帧；

在发送端按下PTT后第一次发送密钥信息帧时，该密钥信息帧的信息头从最高位到最低位连续一半设为1；在第二次及之后发送密钥信息帧时，该密钥信息帧的信息头从最高位到最低位全部设为1。

2.如权利要求1所述应用于窄带无线数字通信系统的话音加密方法，其特征在于，该方法中，接收端在接收到发送端的话音帧后，通过最高位到最低位连续一半或全部为1的信息头来获取密钥信息帧的边界信息；

当接收到的信息头从最高位到最低位连续一半为‘1’，表明后面紧跟着的连续预定数量的小帧是密钥信息帧，而不是话音帧；当接收到的信息头从最高位到最低位全部为‘1’，表明后面紧跟着的预定数量的超帧的第一个小帧是密钥信息帧，而不是话音帧。

3.如权利要求1所述应用于窄带无线数字通信系统的话音加密方法，其特征在于，该方法中，发送端还设有话音缓冲区。