CN109754800B - 基于声波识别用户与设备身份安全的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种基于声波识别用户与设备身份安全的方法及设备，本申请通过源设备的麦克风采集输入的第一语音口令，并处理后保存为TrustZone安全区域的关键口令，便于后续输入的第二语音口令的比对，准确识别输入第二语音口令的用户的身份是否合法。另外，通过所述源设备将所述第二语音口令与内存的安全区域中的关键口令进行匹配，准确识别输入第二语音口令的用户的身份是否合法，然后对声波口令进行编码，并将包括源设备身份信息和使用所述源设备的用户身份信息的声波口令发给目标设备，表明源设备身份和使用所述源设备的用户身份。目标设备可以使用麦克风接收到声波口令，解调源设备身份信息和用户身份信息，从而安全的识别用户与源设备身份。

Description

基于声波识别用户与设备身份安全的方法及设备

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种基于声波识别用户与设备身份安全的方法。

背景技术

由于智能设备普及，万物互联时代(IoT)，个人特征(指纹、虹膜、语音)的保护至关重要。社区文化的普及，更多与社交身份相关的设备将互联，安全将是其最关键的一环。

设备与设备信息交换均离不开身份信息的确认，甚至使用设备的用户和该设备的安全，以及使用设备行为的安全越来越重要。在我们想和另外的设备进行信息交互时，必须建立一个安全信息通道，建立安全信息通道的前提，就是向对方提供安全的口令，以便确认自己的身份。然后，现在缺少一种通用的，建立简单，安全级别高，又能为应用程序提供安全环境支撑的技术。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种基于声波识别用户与设备身份安全的方法及设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于声波识别用户与设备身份安全的方法，该方法包括：

源设备获取用户通过麦克风输入的第一语音口令；

所述源设备的前端语音处理芯片对所述第一语音口令进行频谱分析、语音特征提取和匹配，以得到关键口令；

所述源设备检测所述关键口令是否在所述源设备的内存的TrustZone安全区域中存在，其中，所述源设备的内存包括TrustZone安全区域和普通区域，所述安全区域与所述源设备的所有应用程序处理器的硬件和软件资源隔离；

若不存在，所述源设备使用安全总线，将所述前端语音处理芯片得到的所述关键口令传输至所述源设备的TrustZone安全区域进行存储。

进一步的，上述方法中，所述源设备使用安全总线，将所述前端语音处理芯片得到的所述关键口令传输至所述源设备的TrustZone安全区域进行存储之后，还包括：

所述源设备获取用户通过麦克风输入的第二语音口令；

所述源设备将所述第二语音口令与内存的安全区域中的关键口令进行匹配，

若匹配成功，将所述第二语音口令进行编码，转化为对应的声波口令，将所述声波口令发送给目标设备，其中，所述声波口令中包括源设备身份信息和使用所述源设备的用户身份信息；

所述目标设备解调所述声波口令，以获取所述声波口令中的源设备身份信息和使用所述源设备的用户身份信息。

进一步的，上述方法中，所述源设备将所述第二语音口令与内存的安全区域中的关键口令进行匹配，包括：

将所述第二语音口令进行A/D模数转换，提取第二语音口令的数字模型；

将所述第二语音口令的数字模型与所述源设备的内存的安全区域中的关键口令的数字模型进行匹配。

进一步的，上述方法中，将所述声波口令发送给目标设备，包括：

使用跳频、扩频技术通过源设备的喇叭播放所述声波口令，所述声波口令为音频编码。

进一步的，上述方法中，将所述第二语音口令进行编码，转化为对应的声波口令，包括：

将所述第二语音口令的数字模型进行D/A模拟编码，得到编码后的声波口令。

根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现上述任一项所述的方法。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于在网络设备端信息处理的设备，该设备包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该设备执上述任一项所述的方法。

与现有技术相比，本申请通过源设备的麦克风采集输入的第一语音口令，并处理后保存为TrustZone安全区域的关键口令，便于后续输入的第二语音口令的比对，准确识别输入第二语音口令的用户的身份是否合法，保证后续只有与关键口令匹配的语音口令，才能将所述第二语音口令转化为对应的声波口令后发送给目标设备，保证声波口令发送的可靠性。

另外，通过所述源设备将所述第二语音口令与内存的安全区域中的关键口令进行匹配，准确识别输入第二语音口令的用户的身份是否合法，例如，可以识别当前用户是否为所述源设备的机主，然后对声波口令进行编码，并将包括源设备身份信息和使用所述源设备的用户身份信息的声波口令发给目标设备，表明源设备身份和使用所述源设备的用户身份。后续，目标设备可以使用麦克风接收到声波口令，解调源设备身份信息和用户身份信息，从而安全的识别用户与源设备身份。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出本发明一实施例的基于声波识别用户与设备身份安全的方法的流程图；

图2示出发明一实施例的一种基于声波识别用户与设备身份安全的方法流程图；

图3示出一优选实施例的一种基于声波识别用户与设备身份安全的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

在本申请一个典型的配置中，终端、服务网络的设备和可信方均包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

如图1所示，本发明提供一种基于声波识别用户与设备身份安全的方法，包括步骤S11～步骤S14：

步骤S11，源设备获取用户通过麦克风输入的第一语音口令；

步骤S12，所述源设备的前端语音处理芯片对所述第一语音口令进行频谱分析、语音特征提取和匹配，以得到关键口令；

步骤S13，所述源设备检测所述关键口令是否在所述源设备的内存的TrustZone安全区域中存在，其中，所述源设备的内存包括TrustZone安全区域和普通区域，所述安全区域与所述源设备的所有应用程序处理器的硬件和软件资源隔离；

在此，所述前端语音处理芯片指具备非特定人语音识别功能的处理芯片。例如，所述非特定人语音识别芯片在预定的时间内，芯片对外部送入的语音数据进行运算分析，给出识别结果。

ARM TrustZone技术是系统范围的安全方法，针对高性能计算平台上的大量应用，包括安全支付、数字版权管理(DRM)、企业服务和基于Web的服务。

TrustZone技术与Cortex^TM-A处理器紧密集成，并通过

AXI总线和特定的TrustZone系统IP块在系统中进行扩展。此系统方法意味着可以保护安全内存、加密块、键盘和屏幕等外设，从而可确保它们免遭软件攻击。

本发明对所述TrustZone安全区域进行内存隔离，即隔离所有AP(应用程序处理器)硬件和软件资源，使内存分为处于安全子系统的安全区域和用于存储其他所有内容的普通区域。所述安全区域可以支持TrustZone的AMBA AXITM(AP架构)总线架构，设计目标即将硬件分为普通区域资源和安全区域资源，AP在普通区域运行的程序，是无法访问安全区域资源的。

若不存在，步骤S14，所述源设备使用安全总线，将所述前端语音处理芯片得到的所述关键口令传输至所述源设备的TrustZone安全区域进行存储，以完成关键口令的增加、更新操作，其中，所述安全总线指所述源设备的处理器内，处于TrustZone安全区域位置的总线，故前段语音是识别芯片物理上将连接到源设备的TrustZone安全区域，物理上信息不能为外部获取。

在此，在本申请一个典型设备中，源设备和目标设备均包含一个或多个基于TrustZone架构的SOC处理单元或采用ARM SecurCoreR处理器IP的安全元件、语音识别芯片、麦克风和喇叭。

基于TrustZone架构的SOC处理器能提供TEE强化的安全机制，以抵御不断加剧的软体攻击和一般的硬体威胁(所谓的shack攻击)，而且成本更低。

此架构将两个执行区域分隔开："一般区域"(normal world)执行开放操作系统和应用程式；隐密的"安全区域"(secure world)执行机密操作如加密、秘钥管理和完整性检查。此设计已成为重要的硬体安全层，以保护珍贵的系统资源。

本申请通过源设备的麦克风采集输入的第一语音口令，并处理后保存为TrustZone安全区域的关键口令，便于后续输入的第二语音口令的比对，准确识别输入第二语音口令的用户的身份是否合法，保证后续只有与关键口令匹配的语音口令，才能将所述第二语音口令转化为对应的声波后发送给目标设备，保证声波发送的可靠性。

所述源设备包括但不限于用户设备、网络设备、或用户设备与网络设备通过网络相集成所构成的设备。所述用户设备其包括但不限于任何一种可与用户通过触摸板进行人机交互的移动电子产品，例如智能手机、平板电脑等，所述移动电子产品可以采用任意操作系统，如android操作系统、iOS操作系统等。其中，所述网络设备包括一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和信息处理的电子设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(FPGA)、数字处理器(DSP)、嵌入式设备等。所述网络设备其包括但不限于计算机、网络主机、单个网络服务器、多个网络服务器集或多个服务器构成的云；在此，云由基于云计算(CloudComputing)的大量计算机或网络服务器构成，其中，云计算是分布式计算的一种，由一群松散耦合的计算机集组成的一个虚拟超级计算机。所述网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、VPN网络、无线自组织网络(Ad Hoc网络)等。优选地，设备1还可以是运行于所述用户设备、网络设备、或用户设备与网络设备、网络设备、触摸终端或网络设备与触摸终端通过网络相集成所构成的设备上的脚本程序。

如图2所示，本发明的基于声波识别用户与设备身份安全的方法一实施例中，步骤S14，所述源设备使用安全总线，将所述前端语音处理芯片得到的所述关键口令传输至所述源设备的TrustZone安全区域进行存储之后，还包括：

步骤S15，所述源设备获取用户通过麦克风输入的第二语音口令；

步骤S16，所述源设备将所述第二语音口令与内存的安全区域中的关键口令进行匹配，

若匹配成功，步骤S17，将所述第二语音口令进行编码，转化为对应的声波口令，将所述声波口令发送给目标设备，其中，所述声波口令中包括源设备身份信息和使用所述源设备的用户身份信息；

步骤S18，所述目标设备解调所述声波口令，以获取所述声波口令中的源设备身份信息和使用所述源设备的用户身份信息。

在此，通过所述源设备将所述第二语音口令与内存的安全区域中的关键口令进行匹配，准确识别输入第二语音口令的用户的身份是否合法，例如，可以识别当前用户是否为所述源设备的机主，然后对声波口令进行编码，并将包括源设备身份信息和使用所述源设备的用户身份信息的声波口令发给目标设备，表明源设备身份和使用所述源设备的用户身份。后续，目标设备可以使用麦克风接收到声波口令，解调源设备身份信息和用户身份信息，从而安全的识别用户与源设备身份。

本发明的基于声波识别用户与设备身份安全的方法一实施例中，步骤S16，所述源设备将所述第二语音口令与内存的安全区域中的关键口令进行匹配，包括：

步骤S161，将所述第二语音口令进行A/D模数转换，提取第二语音口令的数字模型；

步骤S162，将所述第二语音口令的数字模型与所述源设备的内存的安全区域中的关键口令的数字模型进行匹配，从而能够实现精确匹配。

本发明的基于声波识别用户与设备身份安全的方法一实施例中，步骤S17中，将所述声波口令发送给目标设备，包括：

使用跳频、扩频技术通过源设备的喇叭播放所述声波口令，所述声波口令为音频编码，以对声波口令进行可靠播放。

在此，可以对所述安全区域接收到的数字模型进行优化，由于系统使用20Hz至20KHz的麦克风/人耳可以识别的声波进行短距离通讯，易受外界声音干扰，这里采用了变频/扩频技术，在安全区域内存储一个频率表，在设备1第一次以一定频段接收到测试同步序列有误码的情况，会自动跳码，并编码该同步跳频指令。

例如，设备1在20Hz到20KHz频段中，把频段划分为10信道，每频道带宽200Hz。设备1发起通讯的时候以10KHz为起始信号，计算误码次数，判断是否必要发送调到频率表的下一个信道的通讯请求。

本发明的基于声波识别用户与设备身份安全的方法一实施例中，步骤S17，将所述第二语音口令进行编码，转化为对应的声波口令，包括：

将所述第二语音口令的数字模型进行D/A模拟编码，得到编码后的声波口令。

在此，所述源设备可以通过源设备的麦克风接收第二语音口令，并通过源设备的喇叭发送所述声波口令。

根据数字模型，进行D/A编码，把数字信号按照数字模型编码成模拟信号。

例如，源设备所处环境噪声比较多，可能需要较多较快的切换声波通讯的信道，把数字信号按照数字模型编码成模拟信号的步骤会多次执行。若通讯质量较好，把数字信号按照数字模型编码成模拟信号的步骤执行一次后，就可发出通讯成功的信息指令。

本发明的一具体应用实施例中，源设备设置软件功能“碰一碰”交友口令为“加个好友吧”，在设置功能开启后，

步骤S11，将接收到“加个好友吧”语音信息；

步骤S12，将“加个好友吧”转换为关键口令；

步骤S13，所述源设备检测所述关键口令是否在所述源设备的内存的TrustZone安全区域中存在；

若不存在，步骤S14，所述源设备使用安全总线，将所述前端语音处理芯片得到的所述关键口令传输至所述源设备的TrustZone安全区域进行存储，以完成关键口令的增加、更新操作。

另外，可以修改“碰一碰”功能口令为任意用户指定的语音信息，如“交朋友”，先前设定的“加个好友吧”语音即失效；即在非特定人语音应用中实现了特定的语音执行特定的口令管理。

图3示出根据本申请的一个优选实施例的一种基于声波识别用户与设备身份安全的方法流程图，该方法包括步骤S31、S32和步骤S33。

在步骤S31中，源设备和目标设备均准备使用进行碰一碰功能添加好友，均在设备里进行了碰一碰口令的录入。并通过该口令激活了源设备和目标设备进入了碰一碰的软件功能。

此处仅讨论使用声波交友的案例，当然也可以使用应用软件自己的功能进入碰一碰功能。

在步骤S32中，源设备和目标设备进行了声波通讯交换互相的ID信息。

例如，优选案例中源设备接收到目标设备的用户身份ID为233432，目标设备接收到源设备的用户身份ID为343233。

在步骤S33中，源设备已经知道正要和自己交朋友的身份ID为233432，上层软件可以对此ID在自己的系统里进行绑定并添加为好友，或者打开聊天窗口、发送文件等，比如微信等聊天工具。

根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现上述任一项所述的方法。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于在网络设备端信息处理的设备，该设备包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该设备执上述任一项所述的方法。

本发明的各设备和存储介质实施例的详细内容，具体可参见各方法实施例的对应部分，在此，不再赘述。

与现有技术相比，本申请通过源设备的麦克风采集输入的第一语音口令，并处理后保存为TrustZone安全区域的关键口令，便于后续输入的第二语音口令的比对，准确识别输入第二语音口令的用户的身份是否合法，保证后续只有与关键口令匹配的语音口令，才能将所述第二语音口令转化为对应的声波口令后发送给目标设备，保证声波口令发送的可靠性。

另外，通过所述源设备将所述第二语音口令与内存的安全区域中的关键口令进行匹配，准确识别输入第二语音口令的用户的身份是否合法，例如，可以识别当前用户是否为所述源设备的机主，然后对声波口令进行编码，并将包括源设备身份信息和使用所述源设备的用户身份信息的声波口令发给目标设备，表明源设备身份和使用所述源设备的用户身份。后续，目标设备可以使用麦克风接收到声波口令，解调源设备身份信息和用户身份信息，从而安全的识别用户与源设备身份。

本申请获取用户麦克风声波信息，然后根据业务类型进行声波识别，或者语音识别，经过识别芯片和A/D转换芯片，将两台设备进行短距离安全、简便可靠的身份交换。本申请使用人声声波传递身份ID信息，抛弃了传统蓝牙、NFC、3G/4G等复杂协议，既使得设备成本更低(输入/输出设备均为标配器件)也使得使得通讯成本更低。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

需要注意的是，本发明可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一个实施例中，本发明的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地，本发明的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本发明的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。

另外，本发明的一部分可被应用为计算机程序产品，例如计算机程序指令，当其被计算机执行时，通过该计算机的操作，可以调用或提供根据本发明的方法和/或技术方案。而调用本发明的方法的程序指令，可能被存储在固定的或可移动的记录介质中，和/或通过广播或其他信号承载媒体中的数据流而被传输，和/或被存储在根据所述程序指令运行的计算机设备的工作存储器中。在此，根据本发明的一个实施例包括一个装置，该装置包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该装置运行基于前述根据本发明的多个实施例的方法和/或技术方案。

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涵括在本发明内。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，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (6)

1.一种基于声波识别用户与设备身份安全的方法，其中，该方法包括：

源设备获取用户通过麦克风输入的第一语音口令；

所述源设备的前端语音处理芯片对所述第一语音口令进行频谱分析、语音特征提取，基于提取到的语音特征进行匹配，以得到关键口令；

所述源设备检测所述关键口令是否在所述源设备的内存的TrustZone安全区域中存在，其中，所述源设备的内存包括TrustZone安全区域和普通区域，所述安全区域与所述源设备的所有应用程序处理器的硬件和软件资源隔离；

若不存在，所述源设备使用安全总线，将所述前端语音处理芯片得到的所述关键口令传输至所述源设备的TrustZone安全区域进行存储；

所述源设备使用安全总线，将所述前端语音处理芯片得到的所述关键口令传输至所述源设备的TrustZone安全区域进行存储之后，还包括：

所述源设备获取用户通过麦克风输入的第二语音口令；

所述源设备将所述第二语音口令与内存的安全区域中的关键口令进行匹配，

若匹配成功，将所述第二语音口令进行编码，转化为对应的声波口令，将所述声波口令发送给目标设备，其中，所述声波口令中包括源设备身份信息和使用所述源设备的用户身份信息；

所述目标设备解调所述声波口令，以获取所述声波口令中的源设备身份信息和使用所述源设备的用户身份信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述源设备将所述第二语音口令与内存的安全区域中的关键口令进行匹配，包括：

将所述第二语音口令进行A/D模数转换，提取第二语音口令的数字模型；

将所述第二语音口令的数字模型与所述源设备的内存的安全区域中的关键口令的数字模型进行匹配。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述声波口令发送给目标设备，包括：

使用跳频和扩频技术通过源设备的喇叭播放所述声波口令，所述声波口令为音频编码。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述第二语音口令进行编码，转化为对应的声波口令，包括：

将所述第二语音口令的数字模型进行D/A模拟编码，得到编码后的声波口令。

5.一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现权利要求1至4中任一项所述的方法。

6.一种用于在网络设备端信息处理的设备，该设备包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该设备执行权利要求1至4中任一项所述的方法。

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