CN109217945A - 一种声波通讯方法 - Google Patents

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张亚辉
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    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
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Abstract

本发明公开了一种声波通讯方法，包括以下步骤：获取待传输数据，插入MD5码，并对数据进行数据编码，先查看待传输数据，是否拥有非法字符，确保有效字符串，之后，对字符串进行预处理，预处理是对字符串进行压缩，最后，生成处理后数据的声波振幅数据；对得到的数据编码中每一声波的增幅进行计算，之后进行叠加生成声波增幅数据，并进行传输，振幅数据在‑32768‑32767，每传输1个字符后添加一个隔断时间，隔断时间为0.3s。本发明所述的一种声波通讯方法，能够有效地增加破解难度，使得传输的信息在较短时效范围内无法被破解，通过比较基础声波的频率能量，可以有效降低环境噪音在其他频段，带来更好的使用前景。

Description

一种声波通讯方法
技术领域
本发明涉及声波通讯领域，特别涉及一种声波通讯方法。
背景技术
声波通讯方法是一种通过声波发射信息进行通讯交流的方法，但随着科技的发展，人们对声波通讯方法的要求越来越高，导致传统的声波通讯方法已经无法满足人们的使用需求；
现有声波通讯方法在使用时存在一定的弊端，首先，现有的声波通讯时时安全行不足，容易出现信息泄露，给使用者带来一定的损失，其次，现有的声波通讯方法容易受到环境影响，环境中的声波干扰正常声波的传递，导致信息传递出现丢失，为此，我们提出一种声波通讯方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种声波通讯方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种声波通讯方法，包括以下步骤：
(1)、获取待传输数据，插入MD5码，并对数据进行数据编码；
(2)、对步骤(1)得到的数据编码中每一声波的增幅进行计算，之后进行叠加生成声波增幅数据，并进行传输；
(3)、建立安全通道获取降噪干扰后的声波增幅数据，之后使用快速傅里叶变换解析声波字符，得到字符串；
(4)、解析字符串的数据，并使用局部MD5码进行完整性验证。
优选的，所述步骤(1)中，先查看待传输数据，是否拥有非法字符，确保有效字符串，之后，对字符串进行预处理，最后，生成处理后数据的声波振幅数据。
优选的，所述步骤(2)中，振幅数据在-32768-32767，每传输1个字符后添加一个隔断时间。
优选的，所述步骤(3)中，降噪干扰的方法：一、利用Spectral Subtraction滤波器过滤环境噪音，二、利用快速傅里叶变换计算法。
优选的，所述步骤(3)中，通过中央服务器分发密钥，建立安全通道，密钥随机变化。
优选的，所述预处理是对字符串进行压缩。
优选的，所述隔断时间为0.2-0.4s。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该一种声波通讯方法，能够有效地增加破解难度，使得传输的信息在较短时效范围内无法被破解，通过比较基础声波的频率能量，可以有效降低环境噪音在其他频段，同时通过使用局部MD5，能够减小数据验证导致额外数据量所增加的时间，整个加密解密方法简单，操作方便，使用效果相对于传统方式更好。
附图说明
图1为本发明一种声波通讯方法的整体结构流程图；
图2为本发明一种声波通讯方法发送流程图；
图3为本发明一种声波通讯方法接收流程图；
图4为本发明一种声波通讯方法中降噪流程图。
具体实施方式
为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，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
(1)、获取待传输数据，插入MD5码，并对数据进行数据编码，先查看待传输数据，是否拥有非法字符，确保有效字符串，之后，对字符串进行预处理，预处理是对字符串进行压缩，最后，生成处理后数据的声波振幅数据；
(2)、对步骤(1)得到的数据编码中每一声波的增幅进行计算，之后进行叠加生成声波增幅数据，并进行传输，振幅数据检测范围在-32768-32767，每传输1个字符后添加一个隔断时间，隔断时间为0.3s；
(3)、通过中央服务器分发密钥，建立安全通道，密钥随机变化，建立安全通道获取降噪干扰后的声波增幅数据，降噪干扰的方法：一、利用Spectral Subtraction滤波器过滤环境噪音，二、利用快速傅里叶变换计算法，之后使用快速傅里叶变换解析声波字符，得到字符串；
(4)、解析字符串的数据，并使用局部MD5码进行完整性验证。
快速傅里叶变换也是一种离散傅里叶变换，其为离散傅里叶变换的快速算法。快速傅里叶变换不仅仅能够计算离散傅里叶变换，还能计算其逆变换。根据离散傅里叶变换公式直接变换所需的计算复杂度为O(n2),然而，利用快速傅里叶变换计算其结果，仅仅需要0(nlogn)的计算复杂度。然而，快速傅里叶变换有一个特殊的要求：n必须要能被因数分解。
本文仅仅实现常用的Cooley-Tukey快速傅里叶变换。Cooley-Tukey算法以分治法为策略递归地将长度为N＝N1N2的离散傅里叶变换分解为长度为N1和N2的两个较短穿行的离散傅里叶变换，以及与O(n)个旋转因子的复数乘法。本文采用的算法设定待变换串的长度为n＝2r,即算法长度以2为基数进行分解。现在将区间分解为两个部分进行求解。首先分别计算其偶数部分X2m＝x0,x2,...,xN-2和奇数部分X2m+1＝x1,x3,...,xN-1。接着，合并偶数和奇数部分得到整个序列。
又由于eiπ＝-1，其中i表示虚数单位。所以左右两部分均是以N/2为周期的函数。由以上分析可知，离散傅里叶变换可以递归的进行求解。但是，在基为2的情况下，log2N需要是整数。
Spectral Subtraction滤波器利用实时的环境噪声频谱均量来计算实际通信的数据频谱。
从两个方面降低噪声的影响，一个是利用Spectral Subtraction滤波器过滤环境噪音；另外一个是在利用快速傅里叶变换计算出频谱的后，仅仅比较基础频率的能量。通过比较基础声波的频率能量可以有效降低环境噪音在其他频段。
实施例2
(1)、获取待传输数据，插入MD5码，并对数据进行数据编码，先查看待传输数据，是否拥有非法字符，确保有效字符串，之后，对字符串进行预处理，预处理是对字符串进行压缩，最后，生成处理后数据的声波振幅数据；
(2)、对步骤(1)得到的数据编码中每一声波的增幅进行计算，之后进行叠加生成声波增幅数据，并进行传输，振幅数据检测范围在-32768-32767，每传输1个字符后添加一个隔断时间，隔断时间为0.3s；
(3)、通过中央服务器分发密钥，建立安全通道，密钥随机变化，建立安全通道获取降噪干扰后的声波增幅数据，降噪干扰的方法：一、利用Spectral Subtraction滤波器过滤环境噪音，二、利用快速傅里叶变换计算法，之后使用快速傅里叶变换解析声波字符，得到字符串；
(4)、解析字符串的数据，并使用局部MD5码进行完整性验证。
MD5在计算机安全领域中被广泛使用，用来提供消息的完整性验证。MD5的广泛使用和其特点是密不可分的。MD5能够针对任意长度的数据，算出固定长度的MD5值，故其压缩性不错。MD5能够方便的从源数据计算出MD5。对于原始数据任何修改，哪怕仅仅只修改1个字节，所得到的MD5都会有很大的差别，故其对于修改的抵抗能力比较强。仅仅凭借源数据和MD5值，想要找到一个具有相同MD5值的数据是非常困难的，故其数值唯一性不错。而且，用户不能通过MD5值计算出源数据。
为了控制MD5码和实际数据所占的比例，需要设置一个比例控制系数r。如果LMD5≤rxLData,那么将整个MD5全部插入到实际传输数据的后面；如果LMD5>r×LData那么将r×LData插入到实际传输数据的后面。接收端收到数据的时候，首先会判断是否将MD5的32个字符全都追加到末尾了。如果是，那么直接在尾部取出32个字符作为MD5码；如果不是，则需要计算当前的MD5码长度LMD5＝r×Ltoal/r+1,接着，截取数据末尾长度为LMD5的字符串作为部分MD5码。最后，用源数据计算MD5码，和所得到的MD5码做匹配。
实施例3
(1)、获取待传输数据，插入MD5码，并对数据进行数据编码，先查看待传输数据，是否拥有非法字符，确保有效字符串，之后，对字符串进行预处理，预处理是对字符串进行压缩，最后，生成处理后数据的声波振幅数据；
(2)、对步骤(1)得到的数据编码中每一声波的增幅进行计算，之后进行叠加生成声波增幅数据，并进行传输，振幅数据检测范围在-32768-32767，每传输1个字符后添加一个隔断时间，隔断时间为0.3s；
(3)、通过中央服务器分发密钥，建立安全通道，密钥随机变化，建立安全通道获取降噪干扰后的声波增幅数据，降噪干扰的方法：一、利用Spectral Subtraction滤波器过滤环境噪音，二、利用快速傅里叶变换计算法，之后使用快速傅里叶变换解析声波字符，得到字符串；
(4)、解析字符串的数据，并使用局部MD5码进行完整性验证。
将MD5码插入进原始数据，从而混淆声波通讯过程中的实际数据，加大攻击者破译的难度。
利用MD5码进行混淆，首先将会设置比例控制系数r。接着选取第一个字符作为种子，每一轮插入的位置就由该种子进行生成。以每8个字符为一个插入窗口。那么，将至少一位或者生成的插入位置的前r×8个插入位置，插入进传输数据。
在实际情况中，由于控制比例系数r的存在，MD5混淆算法能够有效地控制MD5码的增加量。在系统中增加了MD5码混淆算法可以有效的增加攻击者的破解编码表的难度。在离线状况下，且接收端和发送端不建立连接的情况下，该算法有一定的优势，能够有效地增加破解难度，使得传输的信息在较短时效范围内无法被破解。
无线状态下进行数据传输时，通过使用局部MD5码能够缩短通信时间，同时能够很好的减小数据验证导致额外数据量所增加的时间，在有限状态下，通过一个中央服务器，负责分发密钥，该密钥是全局一致的，密钥会动态变化，所以每次使用安全信道的通讯都要从服务器获取密钥。加密后的数据将会先利用系统的适配接口，转化为能够系统中有编码的字符，然后，才能通过声波系统进行传输。接收到的声波增幅数据后，首先会被系统的适配接口转化为加密数据，接着将加密数据解密，得到传输数据。
以上显示和描述了本发明的基本原理和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 (7)

1.一种声波通讯方法，包括以下步骤：
(1)、获取待传输数据，插入MD5码，并对数据进行数据编码；
(2)、对步骤(1)得到的数据编码中每一声波的增幅进行计算，之后进行叠加生成声波增幅数据，并进行传输；
(3)、建立安全通道获取降噪干扰后的声波增幅数据，之后使用快速傅里叶变换解析声波字符，得到字符串；
(4)、解析字符串的数据，并使用局部MD5码进行完整性验证。
2.根据权利要求1所述的一种声波通讯方法，其特征在于：所述步骤(1)中，先查看待传输数据，是否拥有非法字符，确保有效字符串，之后，对字符串进行预处理，最后，生成处理后数据的声波振幅数据。
3.根据权利要求1所述的一种声波通讯方法，其特征在于：所述步骤(2)中，振幅数据在-32768-32767，每传输1个字符后添加一个隔断时间。
4.根据权利要求1所述的一种声波通讯方法，其特征在于：所述步骤(3)中，降噪干扰的方法：一、利用Spectral Subtraction滤波器过滤环境噪音，二、利用快速傅里叶变换计算法。
5.根据权利要求1所述的一种声波通讯方法，其特征在于：所述步骤(3)中，通过中央服务器分发密钥，建立安全通道，密钥随机变化。
6.根据权利要求2所述的一种声波通讯方法，其特征在于：所述预处理是对字符串进行压缩。
7.根据权利要求3所述的一种声波通讯方法，其特征在于：所述隔断时间为0.2-0.4s。
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