CN106330438A - 一种主动协商式加密模拟语音通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动协商式加密模拟语音通信方法，其通过DTMF协商密码，并在基础的非安全信道中传递密码，进行身份鉴别及建立安全信道，在安全信道中进行加密通讯。本模拟语音通信方案，使用较低功耗协商密码，并使用该密码对语音信息进行加解密，能够实现语音信号在当前移动通讯(非安全信道)不被窃听，有效解决现有技术所存在的问题。

Description

一种主动协商式加密模拟语音通信方法

技术领域

本发明涉及通信安全，具体涉及语音通信的安全技术。

背景技术

在模拟语音通讯的过程中语音内容是可能被监听的，为建立安全信道，一般需要对语音进行加密和进行协商密码。

对于语音进行加密：当前市场上较多的产品，如通话加密器/Scramber，其原理与本发明实现原理相同。但是其密码是固定的，即只能在同样(密码)的产品中进行加密通讯。

对于协商密码：因为有各种数据噪声的干扰，通常在模拟语音信号中准确的传递数字信号是不可能的，因此需要DTMF信号传递密码(Dual Tone Multi Frequency)。

在实际使用语音通话的过程中除了拨号，会不断地使用到话机上的键盘。比如我们在查询话费时，服务台会提示“按1，按2……”，而服务商获取该信息的方式就是就是DTMF信号，双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF信号有16个编码。按一连串的充值卡密码为手机充值，同样是这个道理。

虽然DTMF带来便利，但DTMF也带来了麻烦。利用DTMF信号，不需要破解就能还原内容。声音本质是波，仅需要对录音文件中的双音频拨号音进行扫描，扫描出信号后，即可呈现出音频文件中的按键顺序。因此在该通讯过程中是可以被监听和窃取的。例如在扫描到一个1209Hz和770Hz的叠加信号后，数字1就被解析出来了。

再者，根据CCITT的建议，国际上采用的多种频率为697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8种。用这8种频率可形成16种不同的组合，从而代表16种不同的数字或功能键。

因此，在现有的模拟语音通讯技术中普遍存在以下两方面的问题：

1.安全：不对语音加密就进入运营商的信道是不安全的，在加密的过程中固定密钥的发送也不能从根源上解决这一问题，按照CCITT的建议，所有的DTMF信号都可以被反解为明文。所以同样，使用固定编码表的DTMF信号，当固定编码表失效后，传递的信息也容易被窃取。在密码失效后，整个加密信道都将暴露。

2.性能：如要在手机端使用软件对音频进行实时的加解码，则必将造成效率的下降，通话质量也将受到影响

发明内容

针对现有模拟语音通讯技术在安全和性能方面所存在的问题，需要一种高安全、性能开销小的模拟语音通讯技术。

为此，本发明所要解决的技术问题是提供一种主动协商式加密模拟语音通信方法，该通信方法能够实现语音信号在当前移动通讯(非安全信道)不被窃听且整个实现过程性能开销小。

为了达到上述目的，本发明提供的主动协商式加密模拟语音通信方法，其通过DTMF协商密码，并在基础的非安全信道中传递密码，进行身份鉴别及建立安全信道，在安全信道中进行加密通讯。

优选的，所述语音通信方法中由DTMF进行协商倒频点，并基于该倒频点进行傅里叶变换实现频域倒频加密通讯。

优选的，所述语音通信方法中使用随机倒频点，该倒频点随机范围同时满足DTMF的传输要。

优选的，所述语音通信方法中通过随机加密拨号的方式，获取按键信息，并以该按键信息作为随机种子生成随机倒频点，且以随机倒频点对应的频率作为DTMF信号发送倒频点。

优选的，所述语音通信方法中包括如下步骤：

(1)DTMF协商密码；

发送方使用随机加密拨号的方式，根据拨号用户点击随机加密拨号键，以按键信息作为随机种子生成随机倒频点F；并使用该频率作为DTMF信号将倒频点发送给接收方；

(2)获取待发送音频信号；

(3)倒频加密处理；

3.1)对待发送音频信号，取出长为N帧的信号；

3.2)使用使用F频率对长为N帧的信号进行FFT，将其变换到频域上，在频域上进行频率的迁移；

3.3)利用IFFT回到时域上；

3.4)将变换后的数据回写，恢复至完整的音频信号；

(4)将经处理倒频加密的音频信号发送至至接收方。

本发明提供的主动协商式加密模拟语音通信方案，使用较低功耗协商密码，并使用该密码对语音信息进行加解密，能够实现语音信号在当前移动通讯(非安全信道)不被窃听，有效解决现有技术所存在的问题。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实例中进行主动协商式加密模拟语音通信的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本方案在进行模拟语音通信时，使用较低功耗协商密码，并在基础的非安全信道中传递密码，进行身份鉴别及建立安全信道，在安全信道中进行加密通讯。由此保证当前移动通讯(非安全信道)不被窃听且将相应的软件性能开销控制在最小值。

对于本方案中的语音加密原理如下：

本方案中对音频信号，使用F频率进行傅里叶变换实现频域倒频加密通讯。频域倒频加密技术，主要就是利用倒频器来进行语音加密，即通过搬移语音信号的频谱，将低频部分的语音频谱搬移到频带的上部，将高频部分的语音频谱搬移到频带的下部。

由于针对声音信号，可以通过FFT(傅里叶变换)将其变换到频域上，在频域上进行频率的迁移，然后利用IFFT(逆傅里叶变换)回到时域上，则声音信号的频率从300～3400变为(300+F)～(3400+F)，其中的F与信号的抽样频率(即采用频率)有关，且F被称为倒频点。

对于本方案中的密码协商原理：

由于本方案中使用F频率进行傅里叶变换实现频域倒频加密通讯，本方案中使用DTMF进行协商F频率的值。

其中，密钥设计格式：设最小可倒频点为2632，最大可倒频点为3900，则随机选取2632～3900之间整数作为倒频点。

针对上述的原理，以下通过一实例方案来说明主动协商式加密模拟语音通信的实现过程。

一、语音加密方案。

人耳能够接收的声音的频率从300～3400HZ；对于在此频率区间外的声音，人耳无法识别。

由于语音信号的变化比较缓慢，所以可以将声音信号分成20～30ms每段的帧，在每帧内，可以认为声音信号满足频谱稳定。从而使用FFT，利用分帧的方法，可以把语音信号变换到频域上，在频域上对语音信号进行操作。

在实际使用中，如果采用带移倒频加密方式，则必须事先精确地规定什么时间并使用哪一种组合的载波。一个密匙决定一个载频，选定的一个密匙就对应一个频率。

为此，通常采用的办法是循环带移倒频，即由每一个密匙决定载波的一个排列次序用密匙来作为随机数发生器的预置，按约定好的时间间隔选用不同的载波。每一载波使用的典型时间大约为10-20ms。由于载波的变化将非常频繁，所以在无线电通信的接收设备与发射设备之间必须要实现载频的同步切换，由此使得接收方避免因没有在指定的时刻改变载频频率而导致系统不能正常工作。

作为举例，对于一段给定长度N的信号S，利用FFT将其变换到频域上后得到信号P；P的长度也为N；P中编号为I(I<＝N/2时)，当I大于N/2时，根据对称性，I点的频率与N-I点的频率相同。P中点值表示原信号在此点频率处的分量大小。通过FFT将其变换到频域上，在频域上进行频率的搬移，然后利用IFFT变换回到时域上，则声音信号的频率从300～3400变为(300+F)～(3400+F)。

对应的，使用该算法逆向的操作则实现语音的解密。

二、DTMF协商密码方案。

本实例中采用相应DTMF编码器进行密码协商。该DTMF编码器基于两个二阶数字正弦波振荡器，一个用于产生行频，一个用于产生列频。向DSP装入相应的系数和初始条件，就可以只用两个振荡器产生所需的八个音频信号。

由于典型的DTMF信号频率范围是700～1700Hz。同时，由于CCITT规定每秒最多按10个键，即每个键时隙最短为100MS，其中音频实际持续时间至少为45MS，不大于55MS，时隙的其他时间内保持静默，因此按键产生双音频信号时，相继的两个信号间隔一段时间；解码器利用这个时间识别出双音频信号，并转换成对应的数字信息，而且要识别出间隙信息。

据此，本实例中选取8000Hz作为采样频率，基于8000Hz的采样频率，能够确保系统获取DTMF信息，并且灵敏反应，由于通常手机一次按键在100ms以上，这样在用户在连续按键时能够取得正确信息。

在此基础上，本实例中使用随机倒频点，该倒频点随机范围同时满足DTMF的传输要求，也满足语音加密过程中倒FFT过程的值域。

具体的为，本实例中使用随机加密拨号的方式，根据拨号用户点击随机加密拨号键，以按键信息作为随机种子生成随机倒频点，例如生成随机数字为2758，则使用2758的频率作为DTMF信号将倒频点发送给接收方，接收方手机接受该倒频点后开始加密语音通信。

由此，本实例中进行主动协商式加密模拟语音通信的整体流程如下(参见图1)：

(1)DTMF协商密码；

发送方手机使用随机加密拨号的方式，根据拨号用户点击随机加密拨号键，以按键信息作为随机种子生成随机倒频点F；并使用该频率作为DTMF信号将倒频点发送给接收方手机。

(2)处理音信信号；

发送方手机利用DAC处理时长为P的音频信号。

(3)加密处理；

3.1)对处理得到的DAC处理时长为P的音频信号，取出长为N帧的信号；

3.2)使用使用F频率对长为N帧的信号进行FFT(傅里叶变换)，将其变换到频域上，在频域上进行频率的迁移；

3.3)利用IFFT(逆傅里叶变换)回到时域上；

3.4)将变换后的数据回写，恢复至完整的音频信号。

(4)将经处理倒频加密的音频信号发送至运营商，由其传输至接收方手机。

由上实例可知，本实例通过将频域倒频加密通讯与DTMF密码协商相结合，在此基础上具体采用生成随机密码自动通过DTMF发送，不需要用户按键，从而有效实现语音信号在当前移动通讯(非安全信道)不被窃听。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种主动协商式加密模拟语音通信方法，其特征在于，所述语音通信方法通过DTMF协商密码，并在基础的非安全信道中传递密码，进行身份鉴别及建立安全信道，在安全信道中进行加密通讯。

2.根据权利要求1所述的一种主动协商式加密模拟语音通信方法，其特征在于，所述语音通信方法中由DTMF进行协商倒频点，并基于该倒频点进行傅里叶变换实现频域倒频加密通讯。

3.根据权利要求1所述的一种主动协商式加密模拟语音通信方法，其特征在于，所述语音通信方法中使用随机倒频点，该倒频点随机范围同时满足DTMF的传输要。

4.根据权利要求3所述的一种主动协商式加密模拟语音通信方法，其特征在于，所述语音通信方法中通过随机加密拨号的方式，获取按键信息，并以该按键信息作为随机种子生成随机倒频点，且以随机倒频点对应的频率作为DTMF信号发送倒频点。

5.根据权利要求1所述的一种主动协商式加密模拟语音通信方法，其特征在于，所述语音通信方法中包括如下步骤：

(1)DTMF协商密码；

发送方使用随机加密拨号的方式，根据拨号用户点击随机加密拨号键，以按键信息作为随机种子生成随机倒频点F；并使用该频率作为DTMF信号将倒频点发送给接收方；

(2)获取待发送音频信号；

(3)倒频加密处理；

3.1)对待发送音频信号，取出长为N帧的信号；

3.2)使用使用F频率对长为N帧的信号进行FFT，将其变换到频域上，在频域上进行频率的迁移；

3.3)利用IFFT回到时域上；

3.4)将变换后的数据回写，恢复至完整的音频信号；

(4)将经处理倒频加密的音频信号发送至至接收方。