CN108377180A - 一种基于stm32的无线保密通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于STM32的无线保密通信系统，包括语音采集模块、混沌加密模块、主控芯片、ZUC加密模块、传输模块、ZUC算法解密模块、混沌解密模块和播放电路，所述语音采集模块传输信号到混沌加密模块，混沌加密模块将加密后的信号传输给主控芯片，主控信号还连接ZUC加密模块，ZUC加密模块还与传输模块之间进行信息交互。本发明基于STM32的无线保密通信系统系统实现混沌技术在语音传输中的应用研究，提高通信的保密性和抗破译能力。

Description

一种基于STM32的无线保密通信系统
技术领域
本发明涉及一种通信系统，具体是一种基于STM32的无线保密通信系统。
背景技术
在二十世纪九十年代，由于混沌系统所具有的对初始状态敏感的特性，学者普遍认为很难实现混沌同步，然而在1990年，美国海军实验室的研究人员Pecora L M和CarrollT L利用驱动—响应式实现了混沌自同步法，打破了这一观念。随着混沌控制理论的日渐完善，混沌保密通信研究方面也取得了许多成果。Zhang与An研究了完全错位混合投影同步在保密通信的应用。Mengue与Essimbi等设计了一种基于混沌技术下耦合半导体激光的保密方案。Sun与Shen探讨带有4个忆阻器振子的复合同步在保密通信中的应用，Luo和Wang基于三维混沌系统的随机复合同步设计保密通信方案，Nguimdo和Colet等为基于时间延迟系统的混沌光通信设计了新的数字密钥，Lemos和Benenti研究了混沌在量子保密通信中的应用。现如今，混沌系统受到了越来越多的学者研究，同时也设计出了许多不同形式的混沌加密技术。研究人员者通常把混沌保密技术分为混沌掩盖、混沌键控、混沌调制以及混沌扩频等四类。混沌同步作为保密通信应用的基础，学者主要将其分为同结构同步、异结构同步以及投影同步等三种类型。其中，同结构混沌同步作为学者最先探索的一类方式，已被大家普遍了解。而所谓的异结构同步是指两个具有结构和参数不相同的混沌系统之间的同步控制。另外结合密码学与混沌学，文献按用途划分将这些算法归纳为A、B、C、D四类算法，其中A类算法是指生成混沌置换矩阵，对明文进行映射；B类算法是指将明文转化为初始状态或控制参数并通过混沌系统进行输出密文；C类算法是指通过混沌系统生成伪随机序列对明文加密；D类算法是指构造公钥密码。我国最先提出的ZUC算法，是一个同步流密码算法，由128位初始密钥k和128位的初始向量iv作为输入，输出32位字的密钥流(每32位称为一个密钥字)。128-EEA3算法和128-EIA3算法定义于ZUC算法之上，EEA3算法思想是将明文直接与ZUC产生的密码流进行异或实现加密，EIA3算法的思想是根据明文以比特为单位进行判断，将ZUC产生的密钥流做迭代运算生成MAC值。在2011年九月份的SA会议上，由我国中科院自己研发的祖冲之密码算法（ZUC），包括加密算法 128-EEA3和完整性保护算法128-EIA3，凭借自身较高的安全性能以及易进行软硬件实现的特点成为LTE系统中的安全算法标准，即4G国际通信标准。作为继美国的高级加密标准AES以及欧洲的SNOW 3G之后的第三套核心加密算法，这标志着我们国家的算法在国际竞争中占领了一席之地。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于STM32的无线保密通信系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于STM32的无线保密通信系统，包括语音采集模块、混沌加密模块、主控芯片、ZUC加密模块、传输模块、ZUC算法解密模块、混沌解密模块和播放电路，所述语音采集模块传输信号到混沌加密模块，混沌加密模块将加密后的信号传输给主控芯片，主控信号还连接ZUC加密模块，ZUC加密模块还与传输模块之间进行信息交互，传输模块还连接ZUC算法解密模块，ZUC算法解密模块还连接混沌解密模块，混沌解密模块还连接播放电路。
作为本发明的进一步技术方案：所述主控芯片具体是STM32系列单片机。
作为本发明的进一步技术方案：所述传输模块的型号为SI4432。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于STM32的无线保密通信系统系统实现混沌技术在语音传输中的应用研究，提高通信的保密性和抗破译能力。
附图说明
图1为本发明的整体方框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种基于STM32的无线保密通信系统，包括语音采集模块、混沌加密模块、主控芯片、ZUC加密模块、传输模块、ZUC算法解密模块、混沌解密模块和播放电路，所述语音采集模块传输信号到混沌加密模块，混沌加密模块将加密后的信号传输给主控芯片，主控信号还连接ZUC加密模块，ZUC加密模块还与传输模块之间进行信息交互，传输模块还连接ZUC算法解密模块，ZUC算法解密模块还连接混沌解密模块，混沌解密模块还连接播放电路。主控芯片具体是STM32系列单片机。传输模块的型号为SI4432。
本发明的工作原理是：(1)设计基于STM32的无线语音传输系统的硬件系统，该系统分为发送子系统和接收子系统，发送子系统主要由采样芯片、STM32处理芯片和SI4432射频芯片组成，由采样芯片对语音进行采样，将采样获得的数据在处理器中进行编码处理，然后将处理过的数据通过外接SI4432模块发射出去。接收子系统主要由数据接收芯片、STM32处理芯片和外放电路组成，由SI4432接收数据，然后将数据在处理器中通过Speex技术进行解码处理，最后将处理过的数据通过外放电路播放出去。
(2)分析几种典型的混沌因子产生电路，利用DXP软件设计模拟电路，通过连接仿真示波器观察电路产生的混沌吸引子。模拟电路图主要可分为三路信号x、y、z，即系统的各维混沌信号。电路由运算放大器（LF347）、模拟乘法器（AD633）、电阻及电容等器件组成，构成加减运算电路、反相运算电路以及积分运算电路。对语音信号的加解密结果进行仿真，观察波形的误差大小。
(3)学习祖冲之序列密码算法，包括祖冲之算法(ZUC)、加解密算法( 128-EEA 3)和完整性检测算法(128-EIA3)三个部分。ZUC算法分为两个阶段:初始化阶段和工作阶段，每个阶段都分为三个层次：线性反馈移位寄存器LFSR、比特重组(Bit Reorganization)和非线性函数(F(X0，X1，X2))。算法先通过对初始化参数的处理完成ZUC的初始化。LFSR采用素域GF（231-1）的m序列。比特重组采用相应寄存器值取半合并技术，实现LFSR寄存器值单元到非线性函数F（X0，X1，X2）和密钥输出Z的数据转换。ZUC算法下层为非线性函数F（X0，X1，X2）。加密时以ZUC算法产生的密匙流与明文异或完成加密，解密时将加密数据与同样的密匙流异或产生解密后的数据。
(4)系统搭建完成以后，进行通话测试。首先在没有经过加密处理情况下测试，接收端是否能收到清晰的语音信号。若基本上没有噪声，并感觉不到时延的情况下证明该系统搭建成功。接下来进行加密处理，发送端对语音信号加密后传送到接收端，接收端不解密后播放。如果输出的语音信号嘈杂且没有规律，那么此时的信号为加密后的安全信号。然后对接收端的加密信号进行解密处理，若接收端经解密后播放的语音和原始语音基本吻合，且少有噪声和延时，则解密成功。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种基于STM32的无线保密通信系统，包括语音采集模块、混沌加密模块、主控芯片、ZUC加密模块、传输模块、ZUC算法解密模块、混沌解密模块和播放电路，其特征在于，所述语音采集模块传输信号到混沌加密模块，混沌加密模块将加密后的信号传输给主控芯片，主控信号还连接ZUC加密模块，ZUC加密模块还与传输模块之间进行信息交互，传输模块还连接ZUC算法解密模块，ZUC算法解密模块还连接混沌解密模块，混沌解密模块还连接播放电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的无线保密通信系统，其特征在于，所述主控芯片具体是STM32系列单片机。
3.根据权利要求1所述的一种透明手写板智能终端，其特征在于，所述传输模块的型号为SI4432。
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