CN103379486B - 一种即插即用式便携通话保密设备及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种即插即用式便携通话保密设备及其通信方法，本设备可以与任意一个具有音频接口的移动终端连接，支持两级密钥获取及存储，设备本身具备无线通信能力，可从保密通信支持网络无线获取业务密钥，为移动终端通话语音加解密。本发明具有较高的安全性，支持一次一密，且兼容性较好，对所述移动终端的型号没有特殊要求，也不需要更换或改造原有的移动终端，只要求移动终端具备音频输入/输出接口，有利于对现有移动终端的充分利用。本发明采用端到端加密形式，使得语音信号在传播的全过程都处于加密状态。

Description

一种即插即用式便携通话保密设备及其通信方法

技术领域

本发明属于通信领域，涉及一种语音保密设备，尤其涉及一种即插即用式便携通话保密设备及其通信方法。

背景技术

随着移动通信技术的不断发展，通过移动设备进行语音通话也越来越普及。但在传统移动通话中，目前语音信息的安全存在着两方面的隐患：其一，目前移动通信中的语音信息并非是采用端到端的加密方式，而只是在空中传播的时候以加密形式存在，但在移动核心网络内部则是以明文方式传播。其二，即使是在空中传播前对语音加密，采用的也是基于数学算法复杂度的方式，如A3、A5、A8等，这些算法有些已经被破解，有些暂时安全，但是随着计算机运算能力的提高，在未来也将面临安全问题。

现有的移动保密通话设备存在以下几个问题：

1、缺乏在自由移动状态下实时更新密钥的能力，导致密钥往往有重复使用的问题，降低保密级别；

2、将保密通话功能固化入移动终端，做成专用的保密移动终端而不是即插即用，这样一是提高了制作成本，二是用户需要更换自己原有的移动终端，较为不便；

3、不能充分利用市面上现有的各种移动终端，兼容性差。

4、即使采用了端到端的加密方式，使用的加密方法在本质上仍然是基于数学算法复杂程度的，只是因为较为“小众”而没有像GSM那样成为破解者的“众矢之的”，其安全性同样存在隐患，不适合较高安全要求的场合。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种即插即用式便携通话保密设备及其通信方法。本发明具备在自由移动状态下，以无线方式获取大量密钥的能力，因此支持采用一次性密码本（One-time Pad，OTP）对通话过程中的语音进行加密（每个字节的密钥只使用一次，不重复使用，这种加密方式在理论上是无法破解的）。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种即插即用式便携通话保密设备，包括带有麦克风的耳机和数据处理器，所述数据处理器与耳机连接；所述数据处理器通过音频数据线与移动终端双向通信；所述数据处理器通过有线和/或无线方式与保密通信支持网络进行通信及数据交互，实现密钥下载。

所述数据处理器包括电源、无线网络模块、USB接口、用户交互模块、微处理器、存储器、编解码器、加解密器、数据处理器音频接口；所述微处理器分别与无线网络模块、USB接口、用户交互模块、存储器、编解码器、加解密器连接；所述编解码器分别与加解密器、数据处理器音频接口连接；所述数据处理器音频接口包括两个，数据处理器第一音频接口通过音频数据线与带有麦克风的耳机相连，数据处理器第二音频接口通过音频数据线连接移动终端的音频接口。

所述微处理器是数据处理器的中央控制单元，控制整个工作流程。

所述用户交互模块包括小键盘及显示屏，用于用户与数据处理器的交互。

所述数据处理器与耳机的连接方式为插头-插孔式，可方便地对耳机进行更换。

所述编解码器用于将从数据处理器音频接口获得的模拟语音信号数字化，及将数字化的语音信号变为模拟信号发送到数据处理器音频接口。

所述数据处理器通过USB接口以有线方式连接保密通信支持网络并下载本机与保密通信支持网络间的共享密钥。

所述无线网络模块通过无线信号从保密通信支持网络下载每次通话所需的业务密钥。

所述加解密器使用与保密通信支持网络间的共享密钥为下载到的业务密钥解密，并使用业务密钥对语音信号进行加密和解密。

所述存储器用于存储本机与保密通信支持网络间的共享密钥，以及每次通话所需的业务密钥。

所述电源为整个数据处理器供电。

一种使用上述即插即用式便携通话保密设备的通信方法：

便携通话保密设备的数据处理器事先以有线方式从保密通信支持网络下载其与保密通信支持网络间的共享密钥，下载完成后断开有线连接，恢复可自由移动的状态。通话开始前，所述数据处理器通过无线方式向保密通信支持网络申请本次通话所需的业务密钥，保密通信支持网络使用与该数据处理器间的共享密钥对业务密钥进行加密，并以无线方式下发到该数据处理器，该数据处理器收到后，解密得到本次通话所需的业务密钥。便携通话保密设备的数据处理器与带有麦克风的耳机连接，所述数据处理器通过音频数据线连接移动终端。通话时，发送方的麦克风捕捉到模拟语音信号，送到发送方的数据处理器中对其进行数字化处理后，使用业务密钥为数字化的语音明文进行加密，然后再将其转化回模拟语音信号，通过音频数据线输入到发送方的移动终端中。同理，接收方的移动终端收到加密后的模拟语音信号，通过音频数据线输入到接收方的数据处理器中对其进行数字化处理后，使用业务密钥为数字化的语音密文进行解密，然后再将其转化回模拟语音信号，送到接收方的耳机中，从而实现了端对端的保密通话。在这个过程中，对参与通话的移动终端的型号没有要求，甚至也可以不是移动终端，只要通话设备具备音频接口，即可使用本便携设备进行保密通话。

所述共享密钥和/或业务密钥，其使用方式优选采用一次一密。

所述数据处理器向保密通信支持网络申请业务密钥的方法为：通话双方约定一个本次保密通话的通话ID，并分别通过各自便携通话保密设备的数据处理器，将该通话ID发送到保密通信支持网络，供保密通信支持网络比对确定通话双方申请的是同一段业务密钥。

本发明的有益效果在于：

1、本发明独立于移动终端，不限定接入移动终端的型号，也不要求用户更换或改造原有的移动终端，只要求移动终端具备音频输入/输出接口，其兼容性良好，有利于对现有移动终端的充分利用。

2、采用端到端加密形式，使得语音信号在传播的全过程都处于加密状态，不留死角。

3、本发明支持在加密时采用一次性密码本形式，每段密钥只使用一次，不重复使用，而且不依赖数学算法的复杂性，安全性大大提高。

4、通话时所需的业务密钥在通话之前才从网络端下载到本地，提高安全性。

5、支持两级密钥的存储与处理，通话时所需的业务密钥在无线传输时也是处于加密状态，保证了密钥在空中不被窃取。

6、用户使用方便，需要保密通话时，就将本发明设备通过音频接口连接到自己的移动终端；不需要保密通话时，就只使用自己的移动终端直接通话。

附图说明

图1是本发明的即插即用式便携通话保密设备各部分示意图；

图2是本发明的数据处理器的组成原理框架图；

图3是本发明的即插即用式便携通话保密设备获取与保密通信支持网络的共享密钥的示意图；

图4是本发明的即插即用式便携通话保密设备进行保密通话的示意图；

图5是本发明的一种实施例的语音信号处理原理框架图；

其中，1、数据处理器，2、无线网络模块，3、微处理器，4、存储器，5、编解码器，6、加解密器，7、数据处理器第一音频接口，8、数据处理器第二音频接口，9、USB接口，10、麦克风，11、耳机，12、用户交互模块，13、移动终端，14、移动终端通话信道，15、保密通信支持网络，16、电源，A1、第一数据处理器，B1、第二数据处理器，A13、第一移动终端，B13、第二移动终端。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种即插即用式便携通话保密设备，包括耳机11（带有麦克风10）和数据处理器1，所述数据处理器1通过数据处理器第二音频接口8与带有麦克风10的耳机11连接；所述数据处理器1还可以通过数据处理器第一音频接口7与移动终端13连接。

如图2所示，所述数据处理器1包括电源16、无线网络模块2、USB接口9、用户交互模块12、微处理器3、存储器4、编解码器5、加解密器6、数据处理器第一音频接口7、数据处理器第二音频接口8；所述微处理器3分别与无线网络模块2、USB接口9、用户交互模块12、存储器4、编解码器5、加解密器6连接；所述编解码器5分别与加解密器6、数据处理器第一音频接口7、数据处理器第二音频接口8连接；所述数据处理器第一音频接口7通过音频数据线连接移动终端13；所述数据处理器第二音频接口8通过音频数据线与带有麦克风10的耳机11相连（耳机11和麦克风10在图中单独列出）；所述数据处理器1的无线网络模块2和USB接口9分别可以通过无线方式和有线方式与保密通信支持网络15通信并下载密钥。

所述无线网络模块2通过无线信号与保密通信支持网络15交互，从中下载每次通话所需的业务密钥。

所述微处理器3是数据处理器1的中央控制单元，控制整个工作流程。

所述存储器4用于存储本机与保密通信支持网络15间的共享密钥，以及每次通话所需的业务密钥。

所述编解码器5用于将从数据处理器第一音频接口7、数据处理器第二音频接口8获得的模拟语音信号数字化，及将数字化的语音信号变为模拟信号发送到数据处理器第一音频接口7、数据处理器第二音频接口8。

所述加解密器6使用与保密通信支持网络15间的共享密钥为下载到的业务密钥解密，并使用业务密钥对数字化的语音信号进行加密和解密。

所述用户交互模块12包括小键盘及显示屏，用于用户与数据处理器1的交互。

所述USB接口9用于以有线方式连接保密通信支持网络15并下载数据处理器1与保密通信支持网络15间的共享密钥。

所述电源16为整个数据处理器供电。

所述数据处理器1与带有麦克风10的耳机11的物理连接方式为插头-插孔式，可方便地对耳机11进行更换。

所述保密通信支持网络15独立于本设备之外，是负责产生密钥和为本设备分发密钥的网络拓扑实体，即为本设备提供保密通信支持。

所述移动终端13独立于本设备之外，具有通话功能及音频接口，支持外接带有麦克风10的耳机11。

如图3所示，数据处理器1使用USB接口9连接保密通信支持网络15，下载与保密通信支持网络15之间的共享密钥key(15-1)，存放到如图2所示的存储器4中，下载完成后，断开与保密通信支持网络15间的USB连接，恢复可自由移动的状态。

所述保密通信支持网络15可以通过USB有线连接方式或WiFi、3G等无线连接方式与数据处理器1进行信息交互和数据传输，并具备为多组通话生成并分配随机数密钥的能力。所述保密通信支持网络15事先通过USB连接方式接收数据处理器1的密钥申请，向其下发二者间的共享密钥，共享密钥量可供支持多次业务密钥解密所需，在每次保密通话前再通过无线方式向数据处理器1下发本次通话所需的业务密钥。

通话双方在进行保密通话前，约定一个本次保密通话的通话ID，并分别通过各自的用户交互模块12输入数据处理器。如图4所示，第一数据处理器A1、第二数据处理器B1将各自的通话ID发送到保密通信支持网络15，向保密通信支持网络15申请本次通话的业务密钥key(A1-B1)。保密通信支持网络15收到申请，比对通话ID，确定第一数据处理器A1与第二数据处理器B1申请的是同一段密钥，为本次通话生成业务密钥key(A1-B1)。保密通信支持网络15使用与第一数据处理器A1间的共享密钥key(15-A1)对key(A1-B1)加密，再发送给第一数据处理器A1；使用与第二数据处理器B1间的共享密钥key(15-B1)对key(A1-B1)加密，再发送给第二数据处理器B1。第一数据处理器A1收到后，结合存放在存储器4中的与保密通信支持网络15间的共享密钥key(15-A1)，使用加解密器6解密，得到本次通信的业务密钥key(A1-B1)；同理第二数据处理器B1也结合存放在存储器4中的与保密通信支持网络15间的共享密钥key(15-B1)，使用加解密器6解密，得到本次通信的业务密钥key(A1-B1)。获得业务密钥后，第一数据处理器A1所连接的第一移动终端A13与第二数据处理器B1连接的第二移动终端B13即可通过移动终端通话信道14进行保密通话。

如图2和图5所示，用户讲话的内容被麦克风10获取到之后，通过数据处理器第二音频接口8送到数据处理器1中的编解码器5，对其进行编码使之数字化，然后送到加解密器6；加解密器6获取存储器4中存储的本次通话的业务密钥，使用该密钥为数字化的语音进行加密处理，再送到编解码器5，将加密后的语音信号重新变成模拟信号，然后通过数据处理器第一音频接口7送到移动终端13，进入移动终端通话信道14；移动终端13从移动终端通话信道14接收经过加密的模拟语音信号，并通过数据处理器第一音频接口7送到编解码器5，变成加密的数字语音信号；加解密器6获取存储器4中存储的本次通话的业务密钥，使用该密钥为数字化的语音信号进行解密处理，再送到编解码器5，从而得到模拟化的语音明文，该语音通过数据处理器第二音频接口8送到耳机11，被用户听到。通话结束后，存放在存储器4中的本次通话业务密钥被清除。数据处理器的工作全过程由微处理器3协调。

实施例补充：

编解码器5与数据处理器第一音频接口7的连接设计，也可以修改为编解码器5同时连接有多个音频接口（7α、7β、7γ……），每个音频接口的型号不同，这样可以兼容更多型号的移动终端及非移动通话设备。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种即插即用式便携通话保密设备，其特征是，包括数据处理器，以及带有麦克风的耳机，所述数据处理器与带有麦克风的耳机连接；所述数据处理器通过音频数据线与移动终端双向通信；所述数据处理器事先以有线方式从保密通信支持网络下载其与保密通信支持网络之间的共享密钥，下载完成后断开有线连接，恢复可自由移动的状态；通话开始前，所述数据处理器通过无线方式向保密通信支持网络申请本次通话所需的业务密钥，保密通信支持网络使用与该数据处理器间的共享密钥对业务密钥进行加密，并将加密后的业务密钥以无线方式下发到该数据处理器，该数据处理器收到后，使用与保密通信支持网络间的共享密钥对其解密得到本次通话所需的业务密钥，使用该业务密钥进行保密通话；

共享密钥和/或业务密钥支持采用一次性密码本对通话过程中的语音进行加密，每个字节的密钥只使用一次，不重复使用。

2.如权利要求1所述的一种即插即用式便携通话保密设备，其特征是，所述数据处理器包括电源、无线网络模块、USB接口、用户交互模块、微处理器、存储器、编解码器、加解密器、数据处理器音频接口；所述微处理器分别与无线网络模块、USB接口、用户交互模块、存储器、编解码器、加解密器连接；所述编解码器分别与加解密器、数据处理器音频接口连接；所述数据处理器音频接口包括两个，数据处理器第一音频接口通过音频数据线与耳机相连，数据处理器第二音频接口通过音频数据线连接移动终端的音频接口。

3.如权利要求2所述的一种即插即用式便携通话保密设备，其特征是，所述用户交互模块包括小键盘及显示屏。

4.如权利要求1或2所述的一种即插即用式便携通话保密设备，其特征是，所述数据处理器与耳机的连接方式为插头-插孔式。

5.如权利要求2所述的一种即插即用式便携通话保密设备，其特征是，所述数据处理器通过所述USB接口以有线方式连接保密通信支持网络，下载本机与保密通信支持网络间的共享密钥。

6.如权利要求2所述的一种即插即用式便携通话保密设备，其特征是，所述数据处理器通过所述无线网络模块以无线方式连接保密通信支持网络，下载每次通话所需的业务密钥。

7.如权利要求1-3中任意一项所述的一种即插即用式便携通话保密设备的通信方法，其特征是：

(7-1)数据处理器事先以有线方式从保密通信支持网络下载其与保密通信支持网络之间的共享密钥，下载完成后断开有线连接，恢复可自由移动的状态；

(7-2)通话开始前，所述数据处理器通过无线方式向保密通信支持网络申请本次通话所需的业务密钥，保密通信支持网络使用与该数据处理器间的共享密钥对业务密钥进行加密，并以无线方式下发到该数据处理器，该数据处理器收到后，解密得到本次通话所需的业务密钥；

(7-3)通话时，便携通话保密设备的数据处理器与带有麦克风的耳机连接，所述数据处理器通过音频数据线连接移动终端；

(7-4)通话时，发送方的麦克风捕捉到模拟语音信号，送到发送方的数据处理器中对其进行数字化处理后，使用业务密钥为数字化的语音明文进行加密，然后再将其转化回模拟语音信号，通过音频数据线输入到发送方的移动终端中；

(7-5)通话时，接收方的移动终端收到加密后的模拟语音信号，通过音频数据线输入到接收方的数据处理器中对其进行数字化处理后，使用业务密钥为数字化的语音密文进行解密，然后再将其转化回模拟语音信号，送到接收方的耳机中。

8.如权利要求7所述的一种即插即用式便携通话保密设备的通信方法，其特征是，所述数据处理器向保密通信支持网络申请业务密钥的方法为：通话双方约定一个本次保密通话的通话ID，并分别通过各自便携通话保密设备的数据处理器，将该通话ID发送到保密通信支持网络，供保密通信支持网络比对确定通话双方申请的是同一段业务密钥。