CN110661615A - 一种基于声纹识别的私钥生成方法及系统 - Google Patents

一种基于声纹识别的私钥生成方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于声纹识别的私钥生成方法，包括声音采集、私钥生成与私钥使用，其中音频处理又进一步分为音频处理、种子生成与生成完成，本发明还公开了一种基于声纹识别的私钥生成系统，包括声音采集模块、私钥生成模块与私钥使用模块，其中私钥生成模块有进一步分为音频处理子模块、种子生成子模块与生成完成子模块，本发明的有益效果为实现了使用指纹加密数据的作用，解决了私钥丢弃被盗等问题，实现了在区块链上使用指纹加密的作用，解决了公开环境下私钥可靠使用的问题。

Description

一种基于声纹识别的私钥生成方法及系统
技术领域
本发明涉及区块链领域，特别是一种基于声纹识别的私钥生成方法及系统。
背景技术
私钥是非对称加密中最重要的信息，其安全性直接决定了非对称加密算法的安全性，在目前，私钥本身所基于的数学推导是无法被逆向计算的，从纯数学的角度私钥是安全的，但是私钥也是一串字符，这个字符需要我们保存，我们可能采用计算机存储、使用手抄记录、采用移动设备随身携带，虽然私钥无法被逆向破解，但是只要它是可以被记录的，那就可以通过其它方式获取，比如盗窃、远程入侵等手段，另外即使作恶者不使用这些手段窃取私钥，也可能因为我们自身管理不善导致丢失，比如存储私钥的U盘丢失、手抄记录的私钥纸片被水冲褪色等，那么如何可以提高我们私钥的安全性，不会丢失不会被盗窃成为一个急需解决的问题。
发明内容
本发明旨在提出一种基于声纹识别的私钥生成方法，为了解决上述问题本发明的技术方案包括如下步骤：
(1)声音采集：通过声音采集器提示用户念一段话，并采集声音，接着，将采集的声音数据转为音频数据，声音采集器依次去掉音频数据中的杂音和背景音；
(2)私钥生成，具体包括如下子步骤：
(2.1)音频处理：通过声纹分析器将音频数据中人员的发音部分提取出来，并进一步提取出发音的每一个音节，分析每个音节的语调、速度特征，将音节特征按时间维度组织还原为正常发音，并将发音数据序列号转化为字符串；
(2.2)种子生成：通过声纹分析器将步骤(2.1)中所生成的字符串通过数据摘要算法提取特征，并通过声纹私钥器使用提取的特征加上环境变量生成种子；
(2.3)生成完成：通过声纹私钥器使用步骤(2.2)中生成的种子生成密钥对，保留私钥，发布公钥，并完成私钥生成；
(3)私钥使用：通过声纹私钥器使用私钥加密数据，并将加密后的数据对外发布，接着通过声纹私钥器检验外部使用公钥验证数据与发送者身份是否一致，如果一致则允许当事人在需要时使用私钥还原数据，并完成私钥使用。
进一步的，步骤(2.2)中所述数据摘要算法具体为：通过声纹分析器将所述步骤(2.1)中生成的字符串中的每个字符转为8位二进制，计算转为二进制后的数字长度，并用长度对512取模后获得余数，如果余数不为448，那么开始在二进制数字后补位，第一个补1，第二个补0，第三个补1，依次循环，每补一位重新计算长度对512取模的余数，直到满足位448时停止循环，然后获取补位完成后的二进制长度，用长度除以512取余数，当余数不为零时，给该二进制数字补数字零，然后重新计算余数，余数依然不为零时继续补数字零，一直循环到余数为零，将补零获得的512整数倍长度的字符串按512长度分割为多段二进制，并将每段512的二进制数放入五段缓冲区中，分别标示为A、B、C、D、E，将缓冲区中的二进制按以下公式进行位移运算：
f(t)＝(B AND C)or(B AND D)or(C AND D)(40<＝t<＝59)
将每个缓存区的运算结果进行顺序拼接获得特征值。
进一步的，步骤(2.2)中所述环境变量为区块高度。
本发明还公开了一种一种基于声纹识别的私钥生成系统，其特征在于包括声音采集模块、私钥生成模块与私钥使用模块，其中私钥生成模块有进一步分为音频处理子模块、种子生成子模块与生成完成子模块；
声音采集模块的工作流程为：通过声音采集器提示用户念一段话，并采集声音，接着，将采集的声音数据转为音频数据，声音采集器依次去掉音频数据中的杂音和背景音；
音频处理子模块的工作流程为：通过声纹分析器将音频数据中人员的发音部分提取出来，并进一步提取出发音的每一个音节，分析每个音节的语调、速度特征，将音节特征按时间维度组织还原为正常发音，并将发音数据序列号转化为字符串；
种子生成子模块的工作流程为：通过声纹分析器将字符串通过数据摘要算法提取特征，并通过声纹私钥器使用提取的特征加上环境变量生成种子；
生成完成子模块的工作流程为：通过声纹私钥器使用种子生成密钥对，保留私钥，发布公钥，并完成私钥生成；
私钥使用模块的工作流程为：通过声纹私钥器使用私钥加密数据，并将加密后的数据对外发布，接着通过声纹私钥器检验外部使用公钥验证数据与发送者身份是否一致，如果一致则允许当事人在需要时使用私钥还原数据，并完成私钥使用。
进一步的，种子生成子模块中所述数据摘要算法具体为：通过声纹分析器将字符串中的每个字符转为8位二进制，计算转为二进制后的数字长度，并用长度对512取模后获得余数，如果余数不为448，那么开始在二进制数字后补位，第一个补1，第二个补0，第三个补1，依次循环，每补一位重新计算长度对512取模的余数，直到满足位448时停止循环，然后获取补位完成后的二进制长度，用长度除以512取余数，当余数不为零时，给该二进制数字补数字零，然后重新计算余数，余数依然不为零时继续补数字零，一直循环到余数为零，将补零获得的512整数倍长度的字符串按512长度分割为多段二进制，并将每段512的二进制数放入五段缓冲区中，分别标示为A、B、C、D、E，将缓冲区中的二进制按以下公式进行位移运算：
f(t)＝(B AND C)or(B AND D)or(C AND D)(40<＝t<＝59)
将每个缓存区的运算结果进行顺序拼接获得特征值。
进一步的，种子生成子模块中所述环境变量为区块高度。
本发明的有益效果为实现了使用指纹加密数据的作用，解决了私钥丢弃被盗等问题，实现了在区块链上使用指纹加密的作用，解决了公开环境下私钥可靠使用的问题。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是本发明系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例为解决以上问题最核心的思路是彻底转换私钥的形态，比如将私钥从有行化为无形，并将与人体自身特性进行绑定，这里选择的人体自身特征是声音，由于不同的人说话的声音不同，通过提取声音中的声纹特征作为私钥，或者将声纹特征作为生成私钥的种子，这样就可以有效的建立可靠的声音而与密钥对的关系，而不依赖于用户具体说的哪一句话，有效避免被模仿的问题；但是直接采用这种方案并不适用于所有的环境，比如开放式的区块链数据环境，在区块链上所有的声音数据都被记录在链上，而人人都可以读取到这段声音，那么如何避免被人提取历史数据来为新数据私钥的解密成为一个难题，也是本发明解决的附带问题之一。
图1公开了本发明实施例所涉及的基于声纹识别的私钥生成方法包括如下步骤：
(1)声音采集：通过声音采集器提示用户念一段话，并采集声音，接着，将采集的声音数据转为音频数据，声音采集器依次去掉音频数据中的杂音和背景音；
(2)私钥生成，具体包括如下子步骤：
(2.1)音频处理：通过声纹分析器将音频数据中人员的发音部分提取出来，并进一步提取出发音的每一个音节，分析每个音节的语调、速度特征，将音节特征按时间维度组织还原为正常发音，并将发音数据序列号转化为字符串；
(2.2)种子生成：通过声纹分析器将步骤(2.1)中所生成的字符串通过数据摘要算法提取特征，数据摘要算法具体为：通过声纹分析器将所述步骤(2.1)中生成的字符串中的每个字符转为8位二进制，计算转为二进制后的数字长度，并用长度对512取模后获得余数，如果余数不为448，那么开始在二进制数字后补位，第一个补1，第二个补0，第三个补1，依次循环，每补一位重新计算长度对512取模的余数，直到满足位448时停止循环，然后获取补位完成后的二进制长度，用长度除以512取余数，当余数不为零时，给该二进制数字补数字零，然后重新计算余数，余数依然不为零时继续补数字零，一直循环到余数为零，将补零获得的512整数倍长度的字符串按512长度分割为多段二进制，并将每段512的二进制数放入五段缓冲区中，分别标示为A、B、C、D、E，将缓冲区中的二进制按以下公式进行位移运算：
ft(X)＝(B ANDC)or(B AND D)or(C AND D)(40<＝t<＝59)
将每个缓存区的运算结果进行顺序拼接获得特征值，并通过声纹私钥器使用提取的特征加上区块高度这一环境变量生成种子；
(2.3)生成完成：通过声纹私钥器使用步骤(2.2)中生成的种子生成密钥对，保留私钥，发布公钥，并完成私钥生成；
(3)私钥使用：通过声纹私钥器使用私钥加密数据，并将加密后的数据对外发布，接着通过声纹私钥器检验外部使用公钥验证数据与发送者身份是否一致，如果一致则允许当事人在需要时使用私钥还原数据，并完成私钥使用。
图2公开了本发明实施例所涉及的基于声纹识别的私钥生成系统包括声音采集模块、私钥生成模块与私钥使用模块，其中私钥生成模块有进一步分为音频处理子模块、种子生成子模块与生成完成子模块；
声音采集模块的工作流程为：通过声音采集器提示用户念一段话，并采集声音，接着，将采集的声音数据转为音频数据，声音采集器依次去掉音频数据中的杂音和背景音；
音频处理子模块的工作流程为：通过声纹分析器将音频数据中人员的发音部分提取出来，并进一步提取出发音的每一个音节，分析每个音节的语调、速度特征，将音节特征按时间维度组织还原为正常发音，并将发音数据序列号转化为字符串；
种子生成子模块的工作流程为：通过声纹分析器将字符串通过数据摘要算法提取特征，算法具体为：通过声纹分析器将字符串中的每个字符转为8位二进制，计算转为二进制后的数字长度，并用长度对512取模后获得余数，如果余数不为448，那么开始在二进制数字后补位，第一个补1，第二个补0，第三个补1，依次循环，每补一位重新计算长度对512取模的余数，直到满足位448时停止循环，然后获取补位完成后的二进制长度，用长度除以512取余数，当余数不为零时，给该二进制数字补数字零，然后重新计算余数，余数依然不为零时继续补数字零，一直循环到余数为零，将补零获得的512整数倍长度的字符串按512长度分割为多段二进制，并将每段512的二进制数放入五段缓冲区中，分别标示为A、B、C、D、E，将缓冲区中的二进制按以下公式进行位移运算：
f(t)＝(B AND C)or(B AND D)or(C AND D)(40<＝t<＝59)
将每个缓存区的运算结果进行顺序拼接获得特征值，并通过声纹私钥器使用提取的特征加上区块高度这一环境变量生成种子；
生成完成子模块的工作流程为：通过声纹私钥器使用种子生成密钥对，保留私钥，发布公钥，并完成私钥生成；
私钥使用模块的工作流程为：通过声纹私钥器使用私钥加密数据，并将加密后的数据对外发布，接着通过声纹私钥器检验外部使用公钥验证数据与发送者身份是否一致，如果一致则允许当事人在需要时使用私钥还原数据，并完成私钥使用。
本发明实施例中的声音采集器主要用于通过麦克风采集声音原始数据。在声音采集器中主要有三大核心模块，音频采集模块、音频过滤模块、声音提取模块。在音频采集模块中，主要用于将麦克风采集的电信号转为音频波信息；在音频过滤模块中，主要用于将音频中的杂音、爆音、背景音过滤掉；在声音提取模块中，主要用于从过滤后的音频信息中提取主要发音信息。
本发明实施例中的声纹分析器主要用于将采集的声音中包含的声纹特征提取出来。在声纹分析器中主要有两大核心模块，声学特征提取模块、说话人特征提取模块。在声学特征提取模块中，主要用于将人在不同场合、不同语调、不同情绪、不同速度、不同姿态下的说话特征提取出来，并拆解每一个字音的发生特征，并在时间维度顺序排列统一正常状态发音特征；在说话人特征提取中，主要用于收集提取并管理说话人发音特征碎片，用于未来将需要匹配声音的特征库使用。
本发明实施例中的声纹私钥器主要用于将声纹特征转化为防止窃取重现的密钥对。在声纹私钥器中主要有两大核心模块，种子生成模块和密钥对生成模块。在种子生成模块中，主要用于将声纹特征提取生成为一个固定的特征值；在密钥对生成模块中，主要用于将声纹特征值与环境变量绑定后生成密钥对，这里的环境变量指指纹私钥的应环境，如果是应用在区块链上，那么需要将声纹特征与区块高度绑定，这样可以避免使用历史区块的声纹数据伪造，但需要限定一个区块只能保存一次。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (6)

1.一种基于声纹识别的私钥生成方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)声音采集：通过声音采集器提示用户念一段话，并采集声音，接着，将采集的声音数据转为音频数据，声音采集器依次去掉音频数据中的杂音和背景音；
(2)私钥生成，具体包括如下子步骤：
(2.1)音频处理：通过声纹分析器将音频数据中人员的发音部分提取出来，并进一步提取出发音的每一个音节，分析每个音节的语调、速度特征，将音节特征按时间维度组织还原为正常发音，并将发音数据序列号转化为字符串；
(2.2)种子生成：通过声纹分析器将步骤(2.1)中所生成的字符串通过数据摘要算法提取特征，并通过声纹私钥器使用提取的特征加上环境变量生成种子；
(2.3)生成完成：通过声纹私钥器使用步骤(2.2)中生成的种子生成密钥对，保留私钥，发布公钥，并完成私钥生成；
(3)私钥使用：通过声纹私钥器使用私钥加密数据，并将加密后的数据对外发布，接着通过声纹私钥器检验外部使用公钥验证数据与发送者身份是否一致，如果一致则允许当事人在需要时使用私钥还原数据，并完成私钥使用。
2.根据权利要求1所述一种基于声纹识别的私钥生成方法，其特征在于步骤(2.2)中所述数据摘要算法具体为：通过声纹分析器将所述步骤(2.1)中生成的字符串中的每个字符转为8位二进制，计算转为二进制后的数字长度，并用长度对512取模后获得余数，如果余数不为448，那么开始在二进制数字后补位，第一个补1，第二个补0，第三个补1，依次循环，每补一位重新计算长度对512取模的余数，直到满足位448时停止循环，然后获取补位完成后的二进制长度，用长度除以512取余数，当余数不为零时，给该二进制数字补数字零，然后重新计算余数，余数依然不为零时继续补数字零，一直循环到余数为零，将补零获得的512整数倍长度的字符串按512长度分割为多段二进制，并将每段512的二进制数放入五段缓冲区中，分别标示为A、B、C、D、E，将缓冲区中的二进制按以下公式进行位移运算：
f(t)＝(B AND C)or(B AND D)or(C AND D)(40<＝t<＝59)
将每个缓存区的运算结果进行顺序拼接获得特征值。
3.根据权利要求1所述一种基于声纹识别的私钥生成方法，其特征在于步骤(2.2)中所述环境变量为区块高度。
4.一种基于声纹识别的私钥生成系统，其特征在于包括声音采集模块、私钥生成模块与私钥使用模块，其中私钥生成模块有进一步分为音频处理子模块、种子生成子模块与生成完成子模块；
声音采集模块的工作流程为：通过声音采集器提示用户念一段话，并采集声音，接着，将采集的声音数据转为音频数据，声音采集器依次去掉音频数据中的杂音和背景音；
音频处理子模块的工作流程为：通过声纹分析器将音频数据中人员的发音部分提取出来，并进一步提取出发音的每一个音节，分析每个音节的语调、速度特征，将音节特征按时间维度组织还原为正常发音，并将发音数据序列号转化为字符串；
种子生成子模块的工作流程为：通过声纹分析器将字符串通过数据摘要算法提取特征，并通过声纹私钥器使用提取的特征加上环境变量生成种子；
生成完成子模块的工作流程为：通过声纹私钥器使用种子生成密钥对，保留私钥，发布公钥，并完成私钥生成；
私钥使用模块的工作流程为：通过声纹私钥器使用私钥加密数据，并将加密后的数据对外发布，接着通过声纹私钥器检验外部使用公钥验证数据与发送者身份是否一致，如果一致则允许当事人在需要时使用私钥还原数据，并完成私钥使用。
5.根据权利要求4所述一种基于声纹识别的私钥生成系统，其特征在于种子生成子模块中所述数据摘要算法具体为：通过声纹分析器将字符串中的每个字符转为8位二进制，计算转为二进制后的数字长度，并用长度对512取模后获得余数，如果余数不为448，那么开始在二进制数字后补位，第一个补1，第二个补0，第三个补1，依次循环，每补一位重新计算长度对512取模的余数，直到满足位448时停止循环，然后获取补位完成后的二进制长度，用长度除以512取余数，当余数不为零时，给该二进制数字补数字零，然后重新计算余数，余数依然不为零时继续补数字零，一直循环到余数为零，将补零获得的512整数倍长度的字符串按512长度分割为多段二进制，并将每段512的二进制数放入五段缓冲区中，分别标示为A、B、C、D、E，将缓冲区中的二进制按以下公式进行位移运算：
f(t)＝(B AND C)or(B AND D)or(C AND D)(40<＝t<＝59)
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6.根据权利要求4所述一种基于声纹识别的私钥生成系统，其特征在于种子生成子模块中所述环境变量为区块高度。
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