CN108092762A - 一种基于usb接口的声音数据加密装置、系统及方法 - Google Patents

一种基于usb接口的声音数据加密装置、系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于USB接口的声音数据加密装置、系统及方法，包括音频输入模块、音频加密模块、音频转换模块、数字信号接收输出模块、音频解密模块及音频输出模块；音频输入模块用于获取用户输入的声音信号并将声音转换为音频信号；音频加密模块用于通过加密算法对音频输入模块输入的音频信号进行加密；数字信号接收模块用于接收或输出音频数字信号；音频转换模块采用包含转换芯片的USB数据线，音频转换模块用于将音频信号转换为数字信号或将数字信号转换为音频信号；音频解密模块用于对音频转换模块转换后的音频信号进行解密；音频输出模块用于将解密后的音频信号转换为用户可以收听声音信号。本发明装置省去充放电，体积小，保真效果好。

Description

一种基于USB接口的声音数据加密装置、系统及方法
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，具体涉及一种基于USB接口的声音数据加密装置、系统及方法。
背景技术
随着信息技术的飞速发展，数据已经成为一种重要的社会资源，数据的安全问题已经成为数据是否能够有效使用的关键。采用数据加密技术可以有效地保护数据传输的安全性，目前，高级加密标准AES已经成为数据加密的主要方法之一。语音加密是在对语音的一部分数据信息进行一种完全可逆的操作，使得加密后的语音对未经授权的监听者来说，完全是听不懂的信息。
目前的加密通讯设备都是使用蓝牙或者3.5mm耳机接口，现有技术的加密通讯设备多采用独立供电，设备需要充放电，体积庞大，便携性差，并且使用过程中信号失真严重。现有的手机接口，比如苹果的Lightning和安卓手机的Type-C以及大部分的Micro USB都支持OTG功能，支持给外挂设备供电并且交换数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于USB接口的声音数据加密装置、系统及方法，可以通过手机等电子设备利用USB接口给外部的加密解密模块提供电量，省去繁琐的充放电，减少模块的体积，USB直接输出数字音频信号，针对数字音频信号进行加解密，避免传统的3.5mm接口或者蓝牙接口，模拟信号和数字直接来回变换导致的信号失真。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于USB接口的声音数据加密装置，所述通讯装置包括音频输入模块、音频加密模块、音频转换模块、数字信号接收输出模块、音频解密模块及音频输出模块；
所述音频输入模块与所述音频加密模块建立连接关系，音频输入模块用于获取用户输入的声音信号并将声音转换为音频信号；
所述音频加密模块与所述音频输入模块和音频转换模块建立连接关系，音频加密模块用于通过加密算法对音频输入模块输入的音频信号进行加密；
所述数字信号接收输出模块与所述音频转换模块建立连接关系，数字信号接收模块用于接收或输出音频数字信号；
所述音频转换模块与所述音频加密模块、数字信号接收输出模块及音频解密模块建立连接关系，音频转换模块采用包含转换芯片的USB数据线，音频转换模块用于将音频信号转换为数字信号或将数字信号转换为音频信号；
所述音频解密模块与音频转换模块建立连接关系，音频解密模块用于对音频转换模块转换后的音频信号进行解密；
所述音频输出模块与音频解密模块建立连接关系，音频输出模块用于将解密后的音频信号转换为用户可以收听的声音信号。
如上所述的一种基于USB接口的声音数据加密装置，所述音频输入模块采用传声器，传声器将声音信号转换为音频信号。传声器可以将声音信号转换为电信号的能量转换器件，也称话筒、微音器，是由声音的振动传到传声器的振膜上，推动里边的磁铁形成变化的电流，这样变化的电流送到后面的声音处理电路进行放大处理。
如上所述的一种基于USB接口的声音数据加密装置，所述数字信号接收输出模块采用包含有集成电路、晶体管的电子设备，数字信号接收输出模块采用手机或电脑。本发明适用于手机或电脑等电子设备。
如上所述的一种基于USB接口的声音数据加密装置，所述音频输出模块采用扬声器，扬声器将音频信号转换为用户可以收听的声音信号。扬声器是把电信号转变为声信号的换能器件。
如上所述的一种基于USB接口的声音数据加密装置，所述转换芯片为USB转audio芯片。
本发明还提供一种基于USB接口的声音数据加密系统，所述通讯系统采用上述的通讯装置，所述加密通讯系统包括传声器、加密/解密组件、转换芯片、数字信号接收输出装置及扬声器；所述传声器与所述加密/解密组件建立连接关系，传声器用于获取用户输入的声音信号并将声音转换为音频信号；所述加密/解密组件与所述传声器和转换芯片建立连接关系，加密/解密组件用于传声器输入的音频信号进行加密或转换芯片转换后的音频信号进行解密；所述转换芯片与数字信号接收输出装置建立连接关系，转换芯片用于将音频信号转换为数字信号或将数字信号转换为音频信号；所述数字信号接收输出装置包含有USB接口，数字信号接收输出装置通过USB接口与包含转换芯片的数据线建立连接关系；所述扬声器与加密/解密组件建立连接关系，扬声器用于将解密后的音频信号转换为用户可以收听的声音信号。
如上所述的一种基于USB接口的声音数据加密系统，所述数字信号接收输出装置采用包含有集成电路、晶体管的电子设备，数字信号接收输出装置采用手机或电脑，数字信号接收输出装置通过USB接口与包含USB转audio芯片的数据线建立连接关系。
本发明还提供一种基于USB接口的声音数据加密方法，所述通讯方法采用上述的通讯装置，通过上述通讯系统实现，所述通讯方法包括以下步骤：
用户通过传声器将声音信号输入，输入的声音信号通过音频输入模块转换为音频信号；
输入的音频信号传输到加密/解密组件，音频加密模块通过加密算法对输入的音频信号进行加密转换为加密后的数字信号；
加密后的数字信号通过包含USB转audio芯片的数据线传输到数字信号接收输出装置；
数字信号接收输出装置通过包含USB转audio芯片的数据线将数字信号传输到USB转audio芯片，USB转audio芯片将数据流转换为数字音频信号；
转换后的数字音频信号输送到加密/解密组件，音频解密模块对音频转换模块转换后的数字音频信号进行解密；
解密后的可以收听的数字音频输送到扬声器，扬声器的音频输出模块将解密后的数字音频信号转换为用户可以收听的声音信号。
如上所述的一种基于USB接口的声音数据加密方法，所述数字信号接收输出装置通过包含USB转audio芯片的数据线为外部的加密/解密组件提供电量。
如上所述的一种基于USB接口的声音数据加密方法，所述加密/解密组件通过加密解密算法对数字音频信号进行加密或解密，加密解密算法采用AES算法或IDEA加密解密算法。
AES加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“状态”，其初值是一个明文区块(矩阵中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte)。加密时，各轮AES加密循环(除最后一轮外)均包含4个步骤：矩阵中的每一个字节都与该次轮秘钥做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。通过非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。将矩阵中的每个横列进行循环式移位。为了充分混合矩阵中各个直行的操作，这个步骤使用线性转换来混合每列的四个字节。最后一个加密循环中省略Mix Columns步骤，而以另一个Add Round Key取代。
IDEA加密算法是一个分组长度为64比特的分组密码算法，密钥长度为128比特，由8轮迭代操作实现。每个迭代都由三种函数：mod(216)加法、mod(216+1)乘法和逐位异或算法组成。整个算法包括子密钥产生、数据加密过程、数据解密过程三部分。该加密算法规定明文和密文块均为64比特，密钥长度为128比特，加解密相同，只是密钥各异。
需要进一步说明的是AES算法或IDEA加密解密算法均属于现有技术。
本发明具有如下优点：手机或者其他电子设备输出数字信号到USB接口，通过USB转audio芯片，可以将USB数据流转换为数字音频，数字音频通过音频解密模块，解密为可以收听的数字音频。逆向的过程是，传声器将用户说话的声音转化为数字音频信号，音频加密模块对音频信号直接处理，变成加密后的数字信号，通过USB送到电子设备端。本发明通过手机等电子设备利用USB接口给外部的加密解密模块提供电量，省去繁琐的充放电，减少模块的体积，USB直接输出数字音频信号，针对数字音频信号进行加解密，避免传统的3.5mm接口或者蓝牙接口，模拟信号和数字信号直接来回变换导致的信号失真。
附图说明
图1为基于USB接口的声音数据加密装置模块示意图；
图2为基于USB接口的声音数据加密系统示意图；
图3为基于USB接口的声音数据加密方法示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，一种基于USB接口的声音数据加密装置，所述通讯装置包括音频输入模块1、音频加密模块2、音频转换模块3、数字信号接收输出模块4、音频解密模块5及音频输出模块6；
所述音频输入模块1与所述音频加密模块2建立连接关系，音频输入模块1用于获取用户输入的声音信号并将声音转换为音频信号；
所述音频加密模块2与所述音频输入模块和音频转换模块3建立连接关系，音频加密模块2用于通过加密算法对音频输入模块1输入的音频信号进行加密；
所述数字信号接收输出模块4与所述音频转换模块3建立连接关系，数字信号接收模块用于接收或输出音频数字信号；
所述音频转换模块3与所述音频加密模块2、数字信号接收输出模块4及音频解密模块5建立连接关系，音频转换模块3采用包含转换芯片的USB数据线，音频转换模块3用于将音频信号转换为数字信号或将数字信号转换为音频信号；
所述音频解密模块5与音频转换模块3建立连接关系，音频解密模块5用于对音频转换模块3转换后的音频信号进行解密；
所述音频输出模块6与音频解密模块5建立连接关系，音频输出模块6用于将解密后的音频信号转换为用户可以收听的声音信号。
基于USB接口的声音数据加密装置的一个实施例中，所述音频输入模块1采用传声器，传声器将声音信号转换为音频信号。传声器可以将声音信号转换为电信号的能量转换器件，也称话筒、微音器，是由声音的振动传到传声器的振膜上，推动里边的磁铁形成变化的电流，这样变化的电流送到后面的声音处理电路进行放大处理。
基于USB接口的声音数据加密装置的一个实施例中，所述数字信号接收输出模块4采用包含有集成电路、晶体管的电子设备，数字信号接收输出模块4采用手机或电脑。本发明适用于手机或电脑等电子设备。
基于USB接口的声音数据加密装置的一个实施例中，所述音频输出模块6采用扬声器，扬声器将音频信号转换为用户可以收听的声音信号。扬声器是把电信号转变为声信号的换能器件。
基于USB接口的声音数据加密装置的一个实施例中，所述转换芯片为USB转audio芯片。
进一步参见图2，本发明还提供一种基于USB接口的声音数据加密系统，所述通讯系统采用上述的通讯装置，所述加密通讯系统包括传声器7、加密/解密组件8、转换芯片9、数字信号接收输出装置10及扬声器11；所述传声器7与所述加密/解密组件8建立连接关系，传声器7用于获取用户输入的声音信号并将声音转换为音频信号；所述加密/解密组件8与所述传声器7和转换芯片9建立连接关系，加密/解密组件8用于传声器7输入的音频信号进行加密或转换芯片9转换后的音频信号进行解密；所述转换芯片9与数字信号接收输出装置10建立连接关系，转换芯片9用于将音频信号转换为数字信号或将数字信号转换为音频信号；所述数字信号接收输出装置10包含有USB接口，数字信号接收输出装置10通过USB接口与包含转换芯片9的数据线建立连接关系；所述扬声器11与加密/解密组件8建立连接关系，扬声器11用于将解密后的音频信号转换为用户可以收听的声音信号。
基于USB接口的声音数据加密系统的一个实施例中，所述数字信号接收输出装置10采用包含有集成电路、晶体管的电子设备，数字信号接收输出装置10采用手机或电脑，数字信号接收输出装置10通过USB接口与包含USB转audio芯片的数据线建立连接关系。
进一步参见图3，本发明还提供一种基于USB接口的声音数据加密方法，所述通讯方法采用上述的通讯装置，通过上述通讯系统实现，所述通讯方法包括以下步骤：
S1：用户通过传声器7将声音信号输入，输入的声音信号通过音频输入模块1转换为音频信号；
S2：输入的音频信号传输到加密/解密组件8，音频加密模块2通过加密算法对输入的音频信号进行加密转换为加密后的数字信号；
S3：加密后的数字信号通过包含USB转audio芯片的数据线传输到数字信号接收输出装置10；
S4：数字信号接收输出装置10通过包含USB转audio芯片的数据线将数字信号传输到USB转audio芯片，USB转audio芯片将数据流转换为数字音频信号；
S5：转换后的数字音频信号输送到加密/解密组件8，音频解密模块5对音频转换模块3转换后的数字音频信号进行解密；
S6：解密后的可以收听的数字音频输送到扬声器11，扬声器11的音频输出模块6将解密后的数字音频信号转换为用户可以收听的声音信号。
基于USB接口的声音数据加密方法的一个实施例中，所述数字信号接收输出装置10通过包含USB转audio芯片的数据线为外部的加密/解密组件8提供电量。
基于USB接口的声音数据加密方法的一个实施例中，所述加密/解密组件8通过加密解密算法对数字音频信号进行加密或解密，加密解密算法采用AES算法或IDEA加密解密算法。
AES算法或IDEA加密解密算法均属于现有技术。AES加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“状态”，其初值是一个明文区块(矩阵中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte)。加密时，各轮AES加密循环(除最后一轮外)均包含4个步骤：矩阵中的每一个字节都与该次轮秘钥做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。通过非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。将矩阵中的每个横列进行循环式移位。为了充分混合矩阵中各个直行的操作，这个步骤使用线性转换来混合每列的四个字节。最后一个加密循环中省略Mix Columns步骤，而以另一个Add Round Key取代。
IDEA加密算法是一个分组长度为64比特的分组密码算法，密钥长度为128比特，由8轮迭代操作实现。每个迭代都由三种函数：mod(216)加法、mod(216+1)乘法和逐位异或算法组成。整个算法包括子密钥产生、数据加密过程、数据解密过程三部分。该加密算法规定明文和密文块均为64比特，密钥长度为128比特，加解密相同，只是密钥各异。
本发明中，手机或者其他电子设备输出数字信号到USB接口，通过USB转audio芯片，可以将USB数据流转换为数字音频，数字音频通过音频解密模块5，解密为可以收听的数字音频。逆向的过程是，传声器7将用户说话的声音转化为数字音频信号，音频加密模块2对音频信号直接处理，变成加密后的数字信号，通过USB送到电子设备端。本发明通过手机等电子设备利用USB接口给外部的加密解密模块提供电量，省去繁琐的充放电，减少模块的体积，USB直接输出数字音频信号，针对数字音频信号进行加解密，避免传统的3.5mm接口或者蓝牙接口，模拟信号和数字直接来回变换导致的信号失真。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于USB接口的声音数据加密装置，其特征在于：所述通讯装置包括音频输入模块、音频加密模块、音频转换模块、数字信号接收输出模块、音频解密模块及音频输出模块；
所述音频输入模块与所述音频加密模块建立连接关系，音频输入模块用于获取用户输入的声音信号并将声音转换为音频信号；
所述音频加密模块与所述音频输入模块和音频转换模块建立连接关系，音频加密模块用于通过加密算法对音频输入模块输入的音频信号进行加密；
所述数字信号接收输出模块与所述音频转换模块建立连接关系，数字信号接收模块用于接收或输出音频数字信号；
所述音频转换模块与所述音频加密模块、数字信号接收输出模块及音频解密模块建立连接关系，音频转换模块采用包含转换芯片的USB数据线，音频转换模块用于将音频信号转换为数字信号或将数字信号转换为音频信号；
所述音频解密模块与音频转换模块建立连接关系，音频解密模块用于对音频转换模块转换后的音频信号进行解密；
所述音频输出模块与音频解密模块建立连接关系，音频输出模块用于将解密后的音频信号转换为用户可以收听的声音信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的声音数据加密装置，其特征在于：所述音频输入模块采用传声器，传声器将声音信号转换为音频信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的声音数据加密装置，其特征在于：所述数字信号接收输出模块采用包含有集成电路、晶体管的电子设备，数字信号接收输出模块采用手机或电脑。
4.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的声音数据加密装置，其特征在于：所述音频输出模块采用扬声器，扬声器将音频信号转换为用户可以收听的声音信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的声音数据加密装置，其特征在于：所述转换芯片为USB转audio芯片。
6.一种基于USB接口的声音数据加密系统，所述通讯系统采用如权利要求1至5任一项所述的通讯装置，其特征在于：所述加密通讯系统包括传声器、加密/解密组件、转换芯片、数字信号接收输出装置及扬声器；所述传声器与所述加密/解密组件建立连接关系，传声器用于获取用户输入的声音信号并将声音转换为音频信号；所述加密/解密组件与所述传声器和转换芯片建立连接关系，加密/解密组件用于传声器输入的音频信号进行加密或转换芯片转换后的音频信号进行解密；所述转换芯片与数字信号接收输出装置建立连接关系，转换芯片用于将音频信号转换为数字信号或将数字信号转换为音频信号；所述数字信号接收输出装置包含有USB接口，数字信号接收输出装置通过USB接口与包含转换芯片的数据线建立连接关系；所述扬声器与加密/解密组件建立连接关系，扬声器用于将解密后的音频信号转换为用户可以收听的声音信号。
7.根据权利要求6所述的一种基于USB接口的声音数据加密系统，其特征在于：所述数字信号接收输出装置采用包含有集成电路、晶体管的电子设备，数字信号接收输出装置采用手机或电脑，数字信号接收输出装置通过USB接口与包含USB转audio芯片的数据线建立连接关系。
8.一种基于USB接口的声音数据加密方法，所述通讯方法采用如权利要求1至5任一项所述的通讯装置，通过如权利要求6至7任一项所述通讯系统实现，其特征在于：所述通讯方法包括以下步骤：
用户通过传声器将声音信号输入，输入的声音信号通过音频输入模块转换为音频信号；
输入的音频信号传输到加密/解密组件，音频加密模块通过加密算法对输入的音频信号进行加密转换为加密后的数字信号；
加密后的数字信号通过包含USB转audio芯片的数据线传输到数字信号接收输出装置；
数字信号接收输出装置通过包含USB转audio芯片的数据线将数字信号传输到USB转audio芯片，USB转audio芯片将数据流转换为数字音频信号；
转换后的数字音频信号输送到加密/解密组件，音频解密模块对音频转换模块转换后的数字音频信号进行解密；
解密后的可以收听的数字音频输送到扬声器，扬声器的音频输出模块将解密后的数字音频信号转换为用户可以收听的声音信号。
9.根据权利要求8所述的一种基于USB接口的声音数据加密方法，其特征在于：所述数字信号接收输出装置通过包含USB转audio芯片的数据线为外部的加密/解密组件提供电量。
10.根据权利要求8所述的一种基于USB接口的声音数据加密方法，其特征在于：所述加密/解密组件通过加密解密算法对数字音频信号进行加密或解密，加密解密算法采用AES算法或IDEA加密解密算法。
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