CN112104589B - 一种宽窄融合的端到端加密方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种宽窄融合的端到端加密方法，包括：网关从窄带网络收到携带60ms加密语音帧的第一RTP报文后，将所述60ms加密语音帧拆分为3个20ms加密语音帧；其中，60ms加密语音帧表示所述加密语音帧的长度为60ms，20ms加密语音帧表示所述加密语音帧的长度为20ms；所述网关将所述3个20ms加密语音帧分别重组为3个第二RTP报文；所述第二RTP报文中携带用于恢复所述60ms加密语音帧的分组信息；所述网关通过宽带网络发送所述第二RTP报文；所述终端收到所述第二RTP报文中的载荷后，根据其中携带的分组信息恢复所述60ms加密语音帧。本申请还公开了上述方法的逆处理方法。应用本申请公开的技术方案，能够在B‑TrunC系统和PDT系统的宽窄融合场景下，实现语音端到端加密。

Description

一种宽窄融合的端到端加密方法
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种宽窄融合的端到端加密方法。
背景技术
集群客户在引入新的宽带集群B-TrunC系统之前，可能已经部署了相应的集群系统，例如：现有的公安系统已经广泛使用了PDT系统。
针对公安客户已经广泛使用PDT系统的情况，为了保护客户已有的投入，要求B-TrunC集群系统能够与现有的PDT集群系统实现安全的互连互通。其中，宽窄融合的语音集群端到端加密互通尤为重要。
在现有的窄带集群PDT系统中，语音基于声码器数字语音压缩(NVOC)语音编码技术进行语音编码，并采用硬加密卡和加密机制实现端到端加密。而宽带集群B-TrunC系统中，语音是基于自适应多速率(AMR)语音编码技术进行语音编码，未详细定义端到端加密机制。B-TrunC系统和PDT系统的宽窄融合端到端加密机制需要兼容现有的PDT系统的端到端加密机制。
发明内容
本申请提供了一种宽窄融合的端到端加密方法，以在B-TrunC系统和PDT系统的宽窄融合场景下，实现语音端到端加密。
本申请公开了一种宽窄融合的端到端加密方法，包括：
网关从窄带网络收到携带60ms加密语音帧的第一RTP报文后，将所述60ms加密语音帧拆分为3个20ms加密语音帧；其中，60ms加密语音帧表示所述加密语音帧的长度为60ms，20ms加密语音帧表示所述加密语音帧的长度为20ms；
所述网关将所述3个20ms加密语音帧分别重组为3个第二RTP报文；所述第二RTP报文中携带用于恢复所述60ms加密语音帧的分组信息；
所述网关通过宽带网络发送所述第二RTP报文；
终端收到所述第二RTP报文中的载荷后，根据其中携带的分组信息恢复所述60ms加密语音帧。
较佳的，所述分组信息包括组号和组内编号，其中：
所述组号用于标识本20ms加密语音帧所归属的60ms加密语音帧；
所述组内编号用于标识本20ms加密语音帧在其所归属的60ms加密语音帧内的位置。
较佳的，所述终端收到所述第二RTP报文中的载荷后，根据其中携带的分组信息恢复所述60ms加密语音帧，具体包括：
所述终端解析所述载荷中的所述分组信息，获取所述组号和组内编号；
所述终端收齐组号相同的3个所述载荷后，将其中的3个所述20ms加密语音帧按照所述组内编号进行排序，恢复出对应的所述60ms加密语音帧；
所述终端与加密卡进行交互，对所述60ms加密语音帧进行解密。
较佳的，从同一所述第一RTP报文中拆分重组出的3个所述第二RTP报文分别携带所述第一RTP报文中E2EE控制信息的1/3。
较佳的，所述第二RTP报文的RTP头中的载荷类型PT字段置为新增的PT值。
本申请还公开了一种宽窄融合的端到端加密方法，包括：
宽带网络的终端采集60ms的语音后，进行加密得到60ms加密语音帧，然后将所述60ms加密语音帧拆分为3个20ms加密语音帧，为每个所述20ms加密语音帧增加端到端加密头后发送；其中，所述端到端加密头中包含用于恢复所述60ms加密语音帧的分组信息；
基站收到所述终端发送的包含端到端加密头的20ms加密语音帧后，将其封装成第二RTP报文发送给网关；
所述网关收到所述第二RTP报文后，根据其中的所述分组信息恢复所述60ms加密语音帧。
较佳的，所述分组信息包括组号和组内编号，其中：
所述组号用于标识本20ms加密语音帧所归属的60ms加密语音帧；
所述组内编号用于标识本20ms加密语音帧在其所归属的60ms加密语音帧内的位置。
较佳的，所述网关收到所述第二RTP报文后，根据其中的所述分组信息恢复所述60ms加密语音帧，具体包括：
所述网关解析所述第二RTP报文中的所述分组信息，获取所述组号和组内编号；
所述网关收齐组号相同的3个20ms加密语音帧所对应的第二RTP报文后，按照所述组内编号进行排序，并恢复出长度为60ms的加密语音帧和完整的端到端加密头，然后生成新的包含60ms语音的第一RTP报文，并将完整的端到端加密头填入所述第一RTP报文的RTP扩展头中。
较佳的，所述第二RTP报文的PT类型采用新的PT值表示所述第二RTP报文是包含了端到端加密头的语音帧。
由上述技术方案可见，本申请提出的宽窄融合的端到端加密方法，对B-TrunC系统内的NVOC语音采用20ms为单位进行调度，在边界网元网关和终端中实现60ms加密语音帧和20ms加密语音帧的拆解和重组，从而在B-TrunC系统和PDT系统的宽窄融合场景下，实现了语音端到端加密。
附图说明
图1为本申请实施例一宽窄融合的端到端加密方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
根据现有技术，PDT空口的语音帧调度以60ms为单位，PDT端到端加密机制以此为准，密钥流、加密同步帧号都是以60ms为单位。但是，B-TrunC的空口调度目前是以20ms为主，且标准中不支持60ms的调度周期，如果简单地进行私有化扩展来支持60ms的调度周期，标准演进可能导致无法兼容。
存在上述问题的原因在于：PDT系统和B-TrunC系统的空口语音调度周期不同。
PDT标准是现行标准，无法修改，因此，只能考虑B-TrunC系统参照PDT系统的方案实现端到端加密互通，但是，60ms调度周期在B-TrunC系统中又是非标准的，因此，需要解决两个系统的兼容问题。有鉴于此，本申请的目的在于提出一种宽窄融合的语音端到端加密方法，以解决B-TrunC系统和PDT系统的宽窄融合场景下如何实现语音端到端加密的问题。
本申请的主要思想在于：B-TrunC系统内的NVOC语音都采用20ms为单位进行调度，在边界网元网关和终端中实现20ms和60ms的拆解和重组。
为此，本申请提出一种宽窄融合的端到端加密方法，对于从PDT系统到B-TrunC系统的加密数据流，该方法包括以下处理：
首先，网关从窄带网络收到携带60ms加密语音帧的第一RTP报文后，将所述60ms加密语音帧拆分为3个20ms加密语音帧；其中，60ms加密语音帧表示所述加密语音帧的长度为60ms，20ms加密语音帧表示所述加密语音帧的长度为20ms；
然后，所述网关将所述3个20ms加密语音帧分别重组为3个第二RTP报文，并通过宽带网络发送所述第二RTP报文；其中，所述第二RTP报文中携带用于恢复所述60ms加密语音帧的分组信息；
最后，所述终端收到所述第二RTP报文中的载荷(payload)后，根据其中携带的分组信息恢复所述60ms加密语音帧。
其中，所述分组信息可以包括组号和组内编号：
所述组号用于标识本20ms加密语音帧所归属的60ms加密语音帧；
所述组内编号用于标识本20ms加密语音帧在其所归属的60ms加密语音帧内的位置。
所述终端收到所述第二RTP报文中的载荷后，根据其中携带的分组信息可以按照以下方式恢复所述60ms加密语音帧：
首先，所述终端解析所述载荷中的所述分组信息，获取所述组号和组内编号；
然后，所述终端收齐组号相同的3个所述载荷后，将其中的3个所述20ms加密语音帧按照所述组内编号进行排序，恢复出对应的所述60ms加密语音帧；
最后，所述终端与加密卡进行交互，对所述60ms加密语音帧进行解密。
本申请提供的技术方案中，从同一所述第一RTP报文中拆分重组出的3个所述第二RTP报文分别携带所述第一RTP报文中E2EE控制信息的1/3。
此外，为了对该新的第二RTP报文进行标识，可以新增载荷类型(PT)值，并将所述第二RTP报文的RTP头中的PT字段置为新增的PT值。
对应于上述方法，本申请提出其逆处理方法，即：从B-TrunC系统到PDT系统的加密数据流处理流程，具体包括以下步骤：
首先，宽带网络的终端采集60ms的语音后，进行加密得到60ms加密语音帧，然后将所述60ms加密语音帧拆分为3个20ms加密语音帧，为每个所述20ms加密语音帧增加端到端加密头后发送；其中，所述端到端加密头中包含用于恢复所述60ms加密语音帧的分组信息；
基站收到所述终端发送的包含端到端加密头的20ms加密语音帧后，将其封装成第二RTP报文发送给网关；
所述网关收到所述第二RTP报文后，根据其中的所述分组信息恢复所述60ms加密语音帧。
其中，所述分组信息可以包括组号和组内编号：
所述组号用于标识本20ms加密语音帧所归属的60ms加密语音帧；
所述组内编号用于标识本20ms加密语音帧在其所归属的60ms加密语音帧内的位置。
所述网关收到所述第二RTP报文后，根据其中的所述分组信息恢复所述60ms加密语音帧，具体包括：
所述网关解析所述第二RTP报文中的所述分组信息，获取所述组号和组内编号；
所述网关收齐组号相同的3个20ms加密语音帧所对应的第二RTP报文后，按照所述组内编号进行排序，并恢复出长度为60ms的加密语音帧和完整的端到端加密头，然后生成新的包含60ms语音的第一RTP报文，并将完整的端到端加密头填入所述第一RTP报文的RTP扩展头中。之后，网关可以将该新的RTP报文发送给窄带网络。
较佳的，所述第二RTP报文的PT类型可以采用新的PT值表示所述第二RTP报文是包含了端到端加密头的语音帧。
下面通过两个实施例分别对从PDT系统到B-TrunC系统的加密数据流的处理流程、以及上述流程的逆过程进行说明。
实施例一：
本实施例对从PDT系统到B-TrunC系统的加密数据流的处理流程进行说明，该流程如图1所示，包括以下处理：
a)网关(GW)从PDT系统收到携带60ms加密语音帧的RTP报文后，将其中的媒体数据内容(即60ms加密语音帧)拆分为3个长度为20ms的加密语音帧。
如图1中GW上部所示，为一个携带有60ms加密语音帧的IP报文，该报文中包括：
长度为224比特的IP/UDP协议头；
长度为96比特的RTP头；
长度为128比特的RTP扩展头；
长度为60ms的加密语音帧，该加密语音帧采用NVOC语音编码技术进行编码。
其中，对于该60ms加密语音帧，网关将其拆解为3个长度为20ms的加密语音帧，每个长度为20ms的语音帧中包含NVOC语音或者带前向纠错码(FEC)的NVOC语音(如图所示的NVOC+FEC)，3个语音帧中帧号(FN)的总长度为12比特。
参见图1右侧上部，为GW收到的RTP报文的详细解析，其中，PT＝90的RTP报文中承载2.4k NVOC语音，PT＝91的RTP报文中承载3.6k NVOC语音。
b)网关将每个20ms的加密语音帧都重组为一个新的不包含RTP扩展头的RTP报文，如图1中GW与基站(eNB)之间的报文所示：
原RTP扩展头中承载的E2EE控制信息和拆解包的分组信息通过扩展语音媒体来承载，为此，本实施例引入新的PT值标识此类媒体，其中：
分组信息中的组号用于标识本20ms语音帧所归属的60ms语音帧；
分组信息中的组内编号用于标识本20ms语音帧在其所归属的60ms语音帧内的位置；
如图1中组号-1、组号-2和组号-3所示。
原RTP扩展头中承载的E2EE控制信息被分成三部分，每个新的RTP报文中携带1/3的E2EE控制信息。
如图1所示，重组后，将得到3个新的RTP报文，网关将新的RTP报文通过B-TrunC系统发送。
c)终端收到所述新的RTP报文中的长度为20ms加密语音帧时，解析分组信息，收齐同一分组的3个20ms加密语音帧后，按照组内顺序进行排序，并恢复出长度为60ms的语音帧，然后与加密卡交互，实现加密语音报文的解密。
如图1所示，终端收到的是新的RTP报文中包含的空口端到端加密头以及2.4k或3.6k的语音帧，其中，空口端到端加密头的长度为40比特或48比特，具体包含以下信息：
E2EE帧类型(EFT)：0表示语音，10表示LCH+语音，11表示PI+语音，12表示EMS+语音，13表示EEMS+语音；
组号：6比特；
组内序号：2比特；
x/3LCP/PI/EMS/EEMS内容；
对于3.6k语音帧，空口端到端加密头中还需携带CRC校验信息。
实施例二：
本实施例对从B-TrunC系统到PDT系统的加密数据流的处理流程进行说明，包括以下处理：
a)宽带网络的终端采集60ms的语音后，首先与加密卡交互完成加密操作得到60ms加密语音帧，然后将其拆分为3个20ms的加密语音帧，每个20ms加密语音帧增加端到端加密头后发送，其中，所述端到端加密头中包含用于恢复所述60ms加密语音帧的分组信息，空口端到端加密头的长度为40比特或48比特，具体包含以下信息：
E2EE帧类型(EFT)：0表示语音，10表示LCH+语音，11表示PI+语音，12表示EMS+语音，13表示EEMS+语音；
组号：6比特；
组内序号：2比特；
x/3LCP/PI/EMS/EEMS内容；
对于3.6k语音帧，空口端到端加密头中还需携带CRC校验信息。
b)基站收到终端发送的包含端到端加密头的20ms加密语音帧后，将其封装成RTP报文后发送给网关，RTP报文的PT类型采用新的PT值表示此RTP报文是包含了端到端加密头的语音帧。
c)网关收到宽带网络的基站发送的携带长度为20ms加密语音帧的RTP报文时，解析其中的分组信息，收齐同一分组的3个20ms加密语音帧所对应的RTP报文后，按照组内顺序进行排序，并恢复出长度为60ms的加密语音帧和完整的端到端加密头，然后生成新的包含60ms语音的RTP报文，并将完整的端到端加密头填入新RTP报文的RTP扩展头。之后，可以发送给PDT系统。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种宽窄融合的端到端加密方法，其特征在于，包括：
网关从窄带网络收到携带60ms加密语音帧的第一RTP报文后，将所述60ms加密语音帧拆分为3个20ms加密语音帧；其中，60ms加密语音帧表示所述加密语音帧的长度为60ms，20ms加密语音帧表示所述加密语音帧的长度为20ms；
所述网关将所述3个20ms加密语音帧分别重组为3个第二RTP报文；所述第二RTP报文中携带用于恢复所述60ms加密语音帧的分组信息；
所述网关通过宽带网络发送所述第二RTP报文；
终端收到所述第二RTP报文中的载荷后，根据其中携带的分组信息恢复所述60ms加密语音帧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述分组信息包括组号和组内编号，其中：
所述组号用于标识本20ms加密语音帧所归属的60ms加密语音帧；
所述组内编号用于标识本20ms加密语音帧在其所归属的60ms加密语音帧内的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述终端收到所述第二RTP报文中的载荷后，根据其中携带的分组信息恢复所述60ms加密语音帧，具体包括：
所述终端解析所述载荷中的所述分组信息，获取所述组号和组内编号；
所述终端收齐组号相同的3个所述载荷后，将其中的3个所述20ms加密语音帧按照所述组内编号进行排序，恢复出对应的所述60ms加密语音帧；
所述终端与加密卡进行交互，对所述60ms加密语音帧进行解密。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于：
从同一所述第一RTP报文中拆分重组出的3个所述第二RTP报文分别携带所述第一RTP报文中E2EE控制信息的1/3。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于：
所述第二RTP报文的RTP头中的载荷类型PT字段置为新增的PT值。
6.一种宽窄融合的端到端加密方法，其特征在于，包括：
宽带网络的终端采集60ms的语音后，进行加密得到60ms加密语音帧，然后将所述60ms加密语音帧拆分为3个20ms加密语音帧，为每个所述20ms加密语音帧增加端到端加密头后发送；其中，所述端到端加密头中包含用于恢复所述60ms加密语音帧的分组信息；
基站收到所述终端发送的包含端到端加密头的20ms加密语音帧后，将其封装成第二RTP报文发送给网关；
所述网关收到所述第二RTP报文后，根据其中的所述分组信息恢复所述60ms加密语音帧。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述分组信息包括组号和组内编号，其中：
所述组号用于标识本20ms加密语音帧所归属的60ms加密语音帧；
所述组内编号用于标识本20ms加密语音帧在其所归属的60ms加密语音帧内的位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述网关收到所述第二RTP报文后，根据其中的所述分组信息恢复所述60ms加密语音帧，具体包括：
所述网关解析所述第二RTP报文中的所述分组信息，获取所述组号和组内编号；
所述网关收齐组号相同的3个20ms加密语音帧所对应的第二RTP报文后，按照所述组内编号进行排序，并恢复出长度为60ms的加密语音帧和完整的端到端加密头，然后生成新的包含60ms语音的第一RTP报文，并将完整的端到端加密头填入所述第一RTP报文的RTP扩展头中。
9.根据权利要求6至8任一项所述的方法，其特征在于：
所述第二RTP报文的PT类型采用新的PT值表示所述第二RTP报文是包含了端到端加密头的语音帧。
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