CN105992203A - 一种语音通信加密密钥协商方法及基于该方法的系统 - Google Patents

一种语音通信加密密钥协商方法及基于该方法的系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种语音通信加密密钥协商方法及基于该方法的系统。通信终端A呼叫通信终端B，通信终端B接入，双方电路域或分组域通话建立，判断当前通话为密话后，进入密钥协商流程；通话双方通信端将密钥协商数据拆分为语音通道中与语音编码语音帧相同大小的数据包，并双工循环发送给对方。这种方式大大提高了密钥协商的通信效率，有效解决了移动通信网络信道误码大和传输带宽窄造成的问题，适用于移动通信加密传输。

Description

一种语音通信加密密钥协商方法及基于该方法的系统
技术领域
本发明涉及一种语音通信加密密钥协商方法及基于该方法的系统，特别是涉及一种适用于移动加密通信终端端到端的，基于电路域或分组域的语音通信加密密钥协商方法及基于该方法的系统。
背景技术
随着移动通信网络的迅猛发展,手机已不仅仅在个人生活中得到广泛的应用,在政府公务及商务活动中其也扮演着重要的角色。但是由于由于无线接入网络的开放性，现有的移动通信网络仍存在一些安全隐患,使得无线窃听等事件屡有发生,因此,基于移动通信网络的语音加密通信技术越来越受到人们的关注。 目前针对移动通信网络语音的加密通信技术有很多研究，加密方法有采用分组加密算法的，有采用序列加密算法的，但不管采用何种加密算法，加密语音所使用的工作密钥或会话密钥如何保护才是语音加密通信技术的关键，如何保护通话所使用的工作密钥或会话密钥，牵涉到语音通话是否能安全。通话前如果双方提前制定好加密算法和密钥，但存在有人泄露密钥和算法的危险。因此最好的方法就是有个密钥动态生成，然后双方协商，还不能让别人知道。但目前市面上出现的移动通信语音加密通信技术的研究文章、专利、相关产品，要么没提及密钥协商，要么密钥协商复杂，不适合移动通信带宽资源少，实时性要求高的特点，要么密钥协商存在安全漏洞，因此，提出一种安全、高效、适宜移动通信网络的语音加密密钥协商方法，存在现实必要性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种安全性更高，密钥协商更简单更高效，更适合移动通信宽带资源少、实时性要求高的特点的，语音通信加密密钥协商方法及系统。
本发明采用的技术方案如下：一种语音通信加密密钥协商方法，具体方法为：通信终端A呼叫通信终端B，通信终端B接入，双方电路域或分组域通话建立，判断当前通话为密话后，进入密钥协商流程；通话双方通信端将密钥协商数据拆分为语音通道中与语音编码语音帧相同大小的数据包，并双工循环发送给对方。
作为优选，所述密钥协商数据在加密语音通信过程中以语音帧的格式进行传输，其格式为：帧序号︱接收状态位︱密钥协商所处步骤状态指示︱密钥协商数据︱CRC校验；其中，帧序号为每帧数据的序号；接收状态位表示所属通信终端当前协商步骤下接收的大包数据完成的状态；密钥协商所处步骤状态指示表示当前密钥协商正处于第几步；密钥协商数据为当前语音帧承载的小包协商数据；CRC校验为对前面4项内容的校验。
作为优选，所述密钥协商流程分为2个步骤，步骤1为获取密钥协商数据，步骤2为利用密钥协商数据完成密钥协商，进入加密通话。
作为优选，所述步骤1的具体方法步骤为：
A1、通信终端A和通信终端B进行密钥协商步骤1：通信终端A从密码模块中获取签名证书T_CERA，并发送给通信终端B，通信终端B从密码模块中获取签名证书T_CERB，并发送给通信终端A；
A2、通信终端A和通信终端B收到对方的证书后，分别调用密码模块算法接口验证T_CERB和T_CERA的正确性，验证正确则转下一步，任何一方验证错误则结束挂机；
A3、通信终端A通过密码模块产生K字节随机数RANDA，通信终端B通过密码模块产生K字节随机数RANDB，并且随机数RANDA和RANDB仅缓存在密码模块内部；通信终端A调用密码模块，采用非对称算法用通信终端B的公钥T_PKB加密随机数RANDA得到密文E (T_PKB)；通信终端B调用密码模块，采用非对称算法用通信终端A的公钥T_PKA加密随机数RANDB得到密文E (T_PKA)；所述随机数字节数根据算法对密钥的长度要求而定；
所述步骤2的具体方法步骤为：
B1、通信终端A和通信终端B利用步骤A3得到的密文E (T_PKB)和E (T_PKA)作为密钥协商数据进行交互，分别调用密码模块，采用非对称算法，解密得到明文RANDB和RANDA，所述明文RANDB和RANDA均缓存在密钥产生模块内部；
B2、通信终端A将其缓存在密码模块中的随机数RANDA和明文RANDB进行运算得到RANDAB，通信终端B将其缓存在密码模块中的随机数RANDB和明文RANDA进行与通信终端A同样的运算得到RANDAB；通信终端A和通信终端B分别将RANDAB作为加密语音的对称算法的会话密钥和初始向量IV；
B3、密钥协商完成，进入加密通话，采用对称算法，协商得到的会话密钥加密话音信息。
作为优选，所述密码模块为TF密码卡。
基于上述语音通信加密密钥协商方法的语音通信加密密钥协商系统，包括两个以上通信终端，其特征在于，还包括与通信终端一一对应的密钥产生模块；所有的算法运算均在密码模块中进行；加密语音通信的预制密钥和会话密钥也在密码模块内产生和存储。
作为优选，所述通信终端为智能移动通信终端；所述密码模块为TF密码卡；智能移动通信终端通过标准TF卡插槽连接，通过标准SD协议进行数据通信。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用通话双方双工传送数据的方式，即同时发送和接收密钥协商数据，并通过将密钥协商数据以语音帧大小的小包循环发送的方式，大大提高了密钥协商的通信效率，有效解决了信道误码和传输带宽造成的问题，适用于移动通信加密传输。密钥协商过程通过证书体系的身份认证，以及密钥在TF密码卡内产生，驻留，明文密钥不出卡的安全设计，保证了协商的安全和可认证性。通过在现网下的测试，达到了较高的密钥协商成功率（95%以上的成功率）和较短的密钥协商时间（10秒以内），具备实用性推广的价值。
附图说明
图1为本发明其中一实施例的加密语音密钥协商流程图。
图2为通信终端加密终端组成框图。
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。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在语音加密通信中，通话双方首先必须通过密钥协商交互双方的密钥信息。由于语音通信在无线传输阶段受信号影响，容易造成数据误码甚至丢帧，而且语音通道数据传输速率较低，会对密钥协商成功率造成较大影响，进而影响加密通话的接通率及加密通话的实用性和用户体验。
本具体实施例通过通信终端A和通信终端B两个通信终端的密文通话建立后的密钥协商为例进行具体说明。
语音通信加密密钥协商方法的具体方法为：通信终端A呼叫通信终端B，通信终端B接听接入，双方电路域或分组域通话建立，判断当前通话为密话后，进入密钥协商流程；通话双方通信端将密钥协商数据拆分为语音通道中与语音编码语音帧相同大小的数据包，并双工循环发送给对方。
采用通话双方双工传送数据的方式，即同时发送和接收密钥协商数据，并通过将密钥协商数据以语音帧大小的小包循环发送的方式，大大提高了密钥协商的通信效率，有效解决了信道误码和传输带宽造成的问题，适用于移动通信加密传输。
加密终端语音通信过程中的语音数据在信道上以语音帧的形式传输，每t毫秒一帧（通常为20毫秒），每帧长度为N比特（如AMR编码为244比特）。加密语音通信过程中的密钥协商阶段，将密钥协商数据切割为语音帧的格式进行传输，格式如表1（单个语音帧承载的密钥协商数据格式（共N bit））所示，其格式为：帧序号︱接收状态位︱密钥协商所处步骤状态指示︱密钥协商数据︱CRC校验。
表1
其中，帧序号为每帧数据的序号，从1开始；接收状态位表示所属通信终端当前协商步骤下接收的大包数据完成的状态，没完成时默认为0；密钥协商所处步骤状态指示表示当前密钥协商正处于第几步(第1步或第2步)；密钥协商数据为当前语音帧承载的小包协商数据；CRC校验为对前面4项内容的校验。
在本具体实施例中，所述密钥协商流程分为2个步骤（也可分为多个步骤），步骤1为获取密钥协商数据，步骤2为利用密钥协商数据完成密钥协商，进入加密通话。每个步骤需协商的密钥协商数据（大包数据）被分割成单包为与语音编码语音帧相同大小的小包数据，小包数据被填充进表1中的“密钥协商数据”部分。
如图1所示，所述步骤1的具体方法步骤为：
A1、通信终端A和通信终端B进行密钥协商步骤1：通信终端A从密码模块中获取签名证书T_CERA，并发送给通信终端B，通信终端B从密码模块中获取签名证书T_CERB，并发送给通信终端A；T_CERA和T_CERB是CA（证书机构）对A和B的TF密码卡签发的证书；
A2、通信终端A和通信终端B收到对方的证书后，分别调用密码模块算法接口验证T_CERB和T_CERA的正确性，验证正确则转下一步，任何一方验证错误则结束挂机；
A3、通信终端A通过密码模块产生K字节随机数RANDA，通信终端B通过密码模块产生K字节随机数RANDB，并且随机数RANDA和RANDB仅缓存在密码模块内部；通信终端A调用密码模块，采用非对称算法用通信终端B的公钥T_PKB加密随机数RANDA得到密文E (T_PKB)；通信终端B调用密码模块，采用非对称算法用通信终端A的公钥T_PKA加密随机数RANDB得到密文E (T_PKA)；所述随机数字节数根据算法对密钥的长度要求而定；
所述步骤2的具体方法步骤为：
B1、通信终端A和通信终端B利用步骤A3得到的密文E (T_PKB)和E (T_PKA)作为密钥协商数据进行交互，分别调用密码模块，采用非对称算法，解密得到明文RANDB和RANDA，所述明文RANDB和RANDA均缓存在密钥产生模块内部；
B2、通信终端A将其缓存在密码模块中的随机数RANDA和明文RANDB进行运算得到RANDAB，通信终端B将其缓存在密码模块中的随机数RANDB和明文RANDA进行与通信终端A同样的运算得到RANDAB；通信终端A和通信终端B分别将RANDAB作为加密语音的对称算法的会话密钥和初始向量IV；
B3、密钥协商完成，进入加密通话，采用对称算法，协商得到的会话密钥加密话音信息。
所述密码模块为TF密码卡。
如图2所示，基于上述语音通信加密密钥协商方法的语音通信加密密钥协商系统，包括两个以上通信终端，其特征在于，还包括与通信终端一一对应的密钥产生模块；所有的算法运算均在密码模块中进行；加密语音通信的预制密钥和会话密钥也在密码模块内产生和存储，做到密钥明文不出卡。
密钥协商过程通过证书体系的身份认证，以及密钥在TF密码卡内产生，驻留，明文密钥不出卡的安全设计，保证了协商的安全和可认证性。
所述通信终端为智能移动通信终端；所述密码模块为TF密码卡；智能移动通信终端通过标准TF卡插槽连接，通过标准SD协议进行数据通信。
通过在现网下的测试，达到了较高的密钥协商成功率（95%以上的成功率）和较短的密钥协商时间（10秒以内），具备实用性推广的价值。

Claims (7)

1.一种语音通信加密密钥协商方法，具体方法为：通信终端A呼叫通信终端B，通信终端B接入，双方电路域或分组域通话建立，判断当前通话为密话后，进入密钥协商流程；通话双方通信端将密钥协商数据拆分为语音通道中与语音编码语音帧相同大小的数据包，并双工循环发送给对方。
2.根据权利要求1所述的语音通信加密密钥协商方法，所述密钥协商数据在加密语音通信过程中以语音帧的格式进行传输，其格式为：帧序号︱接收状态位︱密钥协商所处步骤状态指示︱密钥协商数据︱CRC校验；其中，帧序号为每帧数据的序号；接收状态位表示所属通信终端当前协商步骤下接收的大包数据完成的状态；密钥协商所处步骤状态指示表示当前密钥协商正处于第几步；密钥协商数据为当前语音帧承载的小包协商数据；CRC校验为对前面4项内容的校验。
3.根据权利要求1或2所述的语音通信加密密钥协商方法，所述密钥协商流程分为2个步骤，步骤1为获取密钥协商数据，步骤2为利用密钥协商数据完成密钥协商，进入加密通话。
4.根据权利要求3所述的语音通信加密密钥协商方法，所述步骤1的具体方法步骤为：
A1、通信终端A和通信终端B进行密钥协商步骤1：通信终端A从密码模块中获取签名证书T_CERA，并发送给通信终端B，通信终端B从密码模块中获取签名证书T_CERB，并发送给通信终端A；
A2、通信终端A和通信终端B收到对方的证书后，分别调用密码模块算法接口验证T_CERB和T_CERA的正确性，验证正确则转下一步，任何一方验证错误则结束挂机；
A3、通信终端A通过密码模块产生K字节随机数RANDA，通信终端B通过密码模块产生K字节随机数RANDB，并且随机数RANDA和RANDB仅缓存在密码模块内部；通信终端A调用密码模块，采用非对称算法用通信终端B的公钥T_PKB加密随机数RANDA得到密文E (T_PKB)；通信终端B调用密码模块，采用非对称算法用通信终端A的公钥T_PKA加密随机数RANDB得到密文E (T_PKA)；所述随机数字节数根据算法对密钥的长度要求而定；
所述步骤2的具体方法步骤为：
B1、通信终端A和通信终端B利用步骤A3得到的密文E (T_PKB)和E (T_PKA)作为密钥协商数据进行交互，分别调用密码模块，采用非对称算法，解密得到明文RANDB和RANDA，所述明文RANDB和RANDA均缓存在密码模块内部；
B2、通信终端A将其缓存密码模块中的随机数RANDA和明文RANDB进行运算得到RANDAB，通信终端B将其缓存在密码模块中的随机数RANDB和明文RANDA进行与通信终端A同样的运算得到RANDAB；通信终端A和通信终端B分别将RANDAB作为加密语音的对称算法的会话密钥和初始向量IV；
B3、密钥协商完成，进入加密通话，采用对称算法，协商得到的会话密钥加密话音信息。
5.根据权利要求1或2所述的语音通信加密密钥协商方法，所述密码模块为TF密码卡。
6.基于权利要求1所述的语音通信加密密钥协商方法的语音通信加密密钥协商系统，包括两个以上通信终端，其特征在于，还包括与通信终端一一对应的密码模块；所有的算法运算均在密码模块中进行；加密语音通信的预制密钥和会话密钥也密码模块内产生和存储。
7.根据权利要求6所述的语音通信加密密钥协商系统，其特征在于，所述通信终端为智能移动通信终端；所述密码模块为TF密码卡；智能移动通信终端通过标准TF卡插槽连接，通过标准SD协议进行数据通信。
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