CN112560010A - 基于加密芯片的音频外接设备安全认证方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于加密芯片的音频外接设备安全认证方法和装置，该方法包括：电子设备基于随机数对第一音频信号进行调制，并将调制后的音频信号发送给音频外接设备；所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号，并对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述随机数；所述音频外接设备对所述随机数进行加密，生成校验数，并将所述校验数发送给所述电子设备；所述电子设备基于所述随机数与校验码进行匹配验证，根据所述匹配验证结果连接所述音频外接设备。该方法能够对音频外接设备进行安全认证，保障了电子设备的安全。

Description

基于加密芯片的音频外接设备安全认证方法和装置

技术领域

本发明涉及安全认证技术领域，具体是基于加密芯片的音频外接设备安全认证方法和装置。

背景技术

电子设备上的音频接口正在演化为一个多功能的模拟信号接口，除了传统的耳机以外，一些读卡器、身份验证设备等也采用该接口来连接电子设备，并借助模拟信号实现与电子设备的通信。为了保障电子设备的安全，需要对音频外接设备进行安全认证，避免不具备权限的非法外接设备利用该接口侵入电子设备。由于音频接口传统上是连接耳机等低风险装置的，因此普遍缺乏安全认证的配置，成为了一个薄弱的环节。

因此，如何对音频外接设备进行安全认证，保障电子设备的安全是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是为了解决现有的音频接口普遍缺乏对音频外接设备的安全认证，不具备权限的非法外接设备利用该音频接口侵入电子设备，不能保障电子子设备的安全的问题。

本发明实施例提供基于加密芯片的音频外接设备安全认证方法，包括：

电子设备基于随机数对音频信号进行调制，并将调制后的音频信号发送给音频外接设备；

所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号，并对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述随机数；

所述音频外接设备对所述随机数进行加密，生成校验数，并将所述校验数发送给所述电子设备；

所述电子设备基于所述随机数与校验码进行匹配验证，根据所述匹配验证结果连接所述音频外接设备。

在一个实施例中，所述电子设备基于随机数对音频信号进行调制，并将调制后的音频信号发送给音频外接设备，包括：

将所述音频信号进行分段，将分段后的音频信号进行快速傅里叶变换，生成第一相位矩阵与幅度矩阵；

基于所述第一相位矩阵计算相邻段音频信号之间的相位差分；

利用所述电子设备的加密运算公钥对所述随机数进行加密，生成加密数值；

利用所述加密数值替换每段音频信号的初始相位值，基于所述初始相位值与所述相位差分重新构建第二相位矩阵；

对所述第二相位矩阵与所述幅度矩阵进行傅里叶逆变换，重构所述音频信号，生成所述调制后的音频信号。

在一个实施例中，所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号，并对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述随机数，包括：

所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号；

对调制后的音频信号进行离散傅里叶变换，生成所述初始相位值；

判断所述初始相位值是否为加密数值，根据判断结果生成所述随机数。

在一个实施例中，所述音频外接设备对所述随机数进行加密，生成校验数，并将所述校验数发送给所述电子设备，包括：

所述音频外接设备利用加密运算私钥对所述随机数进行加密，生成所述校验数；

所述音频外接设备基于所述校验数对所述音频信号进行调制，将调制后的音频信号发送给所述电子设备。

在一个实施例中，所述电子设备基于所述随机数与所述校验码进行匹配验证，根据所述匹配验证结果连接所述音频外接设备，包括：

所述电子设备利用加密运算公钥对所述随机数进行加密计算，生成加密计算结果；

所述电子设备对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述校验数；

所述电子设备对所述加密计算结果与所述校验码进行匹配验证，若验证通过，则将所述电子设备与所述音频外接设备进行连接。

第二方面，本发明还提供基于加密芯片的音频外接设备安全认证装置，包括：

调制模块，用于电子设备基于随机数对第一音频信号进行调制，并将调制后的音频信号发送给音频外接设备；

解调模块，用于所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号，并对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述随机数；

加密模块，用于所述音频外接设备对所述随机数进行加密，生成校验数，并将所述校验数发送给所述电子设备；

验证模块，用于所述电子设备基于所述随机数与所述校验码进行匹配验证，根据所述匹配验证结果连接所述音频外接设备。

在一个实施例中，所述调制模块，包括：

分段单元，用于将所述音频信号进行分段，将分段后的音频信号进行快速傅里叶变换，生成第一相位矩阵与幅度矩阵；

计算单元，用于基于所述第一相位矩阵计算相邻段音频信号之间的相位差分；

加密数值生成单元，用于利用所述电子设备的加密运算公钥对所述随机数进行加密，生成加密数值；

替换单元，用于利用所述加密数值替换每段音频信号的初始相位值，基于所述初始相位值与所述相位差分重新构建第二相位矩阵；

重构单元，用于对所述第二相位矩阵与所述幅度矩阵进行傅里叶逆变换，重构所述音频信号，生成所述调制后的音频信号。

在一个实施例中，所述解调模块，包括：

采集单元，用于所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号；

初始相位生成单元，用于对调制后的音频信号进行离散傅里叶变换，生成所述初始相位值；

判断单元，用于判断所述初始相位值是否为加密数值，根据判断结果生成所述随机数。

在一个实施例中，所述加密模块，包括：

校验数生成单元，用于所述音频外接设备利用加密运算私钥对所述随机数进行加密，生成所述校验数；

调制单元，用于所述音频外接设备基于所述校验数对所述音频信号进行调制，将调制后的音频信号发送给所述电子设备。

在一个实施例中，所述验证模块，包括：

加密单元，用于所述电子设备利用加密运算公钥对所述随机数进行加密计算，生成加密计算结果；

解调单元，用于所述电子设备对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述校验数；

验证单元，用于所述电子设备对所述加密计算结果与所述校验码进行匹配验证，若验证通过，则将所述电子设备与所述音频外接设备进行连接。

本发明实施例提供的基于加密芯片的音频外接设备安全认证方法，本方法在音频外接设备和电子设备之间传输的是随机数及加密的校验数，无法截获外接设备的序列号，增强了电子设备的安全性；并且，基于随机数调制音频信号以及解调获得随机数相比于直接输入数字编码形式的随机数，都需要相对比较长的时间，因此不能采用输入海量随机数的方式实现暴力破解，能够对音频外接设备进行精准地安全认证，进一步地加强了电子设备的安全性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步地详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的基于加密芯片的音频外接设备安全认证方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的步骤S101流程图；

图3为本发明实施例提供的步骤S102流程图；

图4为本发明实施例提供的步骤S103流程图；

图5为本发明实施例提供的步骤S104流程图；

图6为本发明实施例提供的基于加密芯片的音频外接设备安全认证装置的框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1所示，本发明实施例提供的基于加密芯片的音频外接设备安全认证方法，该方法包括：步骤S101~S104；

S101、电子设备基于随机数对音频信号进行调制，并将调制后的音频信号发送给音频外接设备。

具体的，当电子设备的音频接口检测到与音频外接设备的电连接，就向外接设备发送随机数，该随机数被转化为调制的音频信号，通过音频接口传输给外接设备。

S102、所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号，并对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述随机数。

S103、所述音频外接设备对所述随机数进行加密，生成校验数，并将所述校验数发送给所述电子设备。

具体的，所述音频外接设备具有一个独立的序列号，所述序列号始终保存在音频外接设备的加密芯片里面，利用所述序列号对所述随机数进行加密。

S104、所述电子设备基于所述随机数与校验码进行匹配验证，根据所述匹配验证结果连接所述音频外接设备。

本实施例中，在音频外接设备和电子设备之间传输的是随机数及加密的校验数，无法截获外接设备的序列号，增强了电子设备的安全性；并且，基于随机数调制音频信号以及解调获得随机数相比于直接输入数字编码形式的随机数，都需要相对比较长的时间，因此不能采用输入海量随机数的方式实现暴力破解，能够对音频外接设备进行精准地安全认证，进一步地加强了电子设备的安全性。

在一个实施例中，参照图2所示，上述步骤S101中所述电子设备基于随机数对音频信号进行调制，并将调制后的音频信号发送给音频外接设备，包括：

S1011、将所述音频信号进行分段，将分段后的音频信号进行快速傅里叶变换，生成第一相位矩阵与幅度矩阵。

S1012、基于所述第一相位矩阵计算相邻段音频信号之间的相位差分。

S1013、利用所述电子设备的加密运算公钥对所述随机数进行加密，生成加密数值。

例如，设置随机数的加密数值为“1”，非随机数的加密数值为“0”。

S1014、利用所述加密数值替换每段音频信号的初始相位值，基于所述初始相位值与所述相位差分重新构建第二相位矩阵。

具体的，将具有随机数的该段音频信号的初始相位值替换为“-π/2”，不具有随机数的音频信号的初始相位值替换为“π/2”，其中，“-π/2”代表加密数值“1”，“π/2”代表非加密数值“0”。

S1015、对所述第二相位矩阵与所述幅度矩阵进行傅里叶逆变换，重构所述音频信号，生成所述调制后的音频信号。

在一个实施例中，参照图3所示，上述步骤S102中所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号，并对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述随机数，包括：

S1021、所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号。

具体的，采集调制后音频信号的段数、离散傅里叶变换的点数以及每段音频信号时间的数据间隔。

S1022、对调制后的音频信号进行离散傅里叶变换，生成所述初始相位值。

S1023、判断所述初始相位值是否为加密数值，根据判断结果生成所述随机数。

具体的，若初始相位值为“-π/2”时，则该加密数值为“1”，则提取该随机数，若初始相位值为“π/2”时，则该加密数值为“0”，不存在随机数，则提取下一段音频信号中的初始相位值进行判断。

在一个实施例中，参照图4所示，上述步骤S103中所述音频外接设备对所述随机数进行加密，生成校验数，并将所述校验数发送给所述电子设备，包括：

S1031、所述音频外接设备利用加密运算私钥对所述随机数进行加密，生成所述校验数。

具体的，所述音频外接设备的序列号作为加密运算私钥对所述随机数进行加密。

S1032、所述音频外接设备基于所述校验数对所述音频信号进行调制，将调制后的音频信号发送给所述电子设备。

在一个实施例中，参照图5所示，上述步骤S104中所述电子设备基于所述随机数与所述校验码进行匹配验证，根据所述匹配验证结果连接所述音频外接设备，包括：

S1041、所述电子设备利用加密运算公钥对所述随机数进行加密计算，生成加密计算结果。

具体的，所述电子设备内置有一个加密芯片，利用所述加密芯片的加密运算公钥对所述随机数进行加密计算。

S1042、所述电子设备对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述校验数。

S1043、所述电子设备对所述加密计算结果与所述校验码进行匹配验证，若验证通过，则将所述电子设备与所述音频外接设备进行连接。

具体的，若所述加密计算结果与所述校验码一致，表明外接设备的私钥（也就是序列号）与电子设备的公钥匹配，则验证通过，将音频外接设备与电子设备的音频接口电连接。

进一步地，若所述加密计算结果与所述校验码不一致，表明外接设备的私钥（也就是序列号）与电子设备的公钥不匹配，则验证不通过，音频外接设备与电子设备的音频接口电断开，不进行连接。

下面通过具体的实施例来说明对校验数的调制与解调步骤的。

实施例1：

将音频信号进行分段，将分段后的音频信号进行快速傅里叶变换，生成初始相位矩阵与幅度矩阵；

基于所述初始相位矩阵计算相邻段音频信号之间的相位差分；利用所述电子设备的加密运算公钥对所述校验码进行加密，生成加密数值；

利用所述加密数值替换每段音频信号的初始相位值，基于所述初始相位值与所述相位差分重新构建重构相位矩阵；

对所述重构相位矩阵与所述幅度矩阵进行傅里叶逆变换，重构所述音频信号，生成所述调制后的音频信号，将调制后的音频信号发送给电子设备；

电子设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号；

对调制后的音频信号进行离散傅里叶变换，生成所述初始相位值；

判断所述初始相位值是否为加密数值，根据判断结果生成所述校验数。

实施例2：

基于所述校验数将音频数据进行分帧，将校验数嵌入至每帧音频数据中；

定义两个不同的延迟时间和幅度系数的回声核代表要嵌入的“0”和“1”；

根据所述校验数选择相应的回声核，对音频信号的每个帧产生回声信号，将回声信号传输给电子设备；

将回声信号按照预定的时长分帧。计算各帧的倒谱自相关值，比较不同时延的自相关系数，根据比较结果判断回声核为“0”还是“1”；

根据回声核提取相应的校验数。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了基于加密芯片的音频外接设备安全认证装置，由于该装置所解决问题的原理与前述基于加密芯片的音频外接设备安全认证方法相似，因此该装置的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的基于加密芯片的音频外接设备安全认证装置，参照图6所示，包括：

调制模块61，用于电子设备基于随机数对第一音频信号进行调制，并将调制后的音频信号发送给音频外接设备。

具体的，当电子设备的音频接口检测到与音频外接设备的电连接，就向外接设备发送随机数，该随机数被转化为调制的音频信号，通过音频接口传输给外接设备。

解调模块62，用于所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号，并对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述随机数。

加密模块63，用于所述音频外接设备对所述随机数进行加密，生成校验数，并将所述校验数发送给所述电子设备。

具体的，所述音频外接设备具有一个独立的序列号，所述序列号始终保存在音频外接设备的加密芯片里面，利用所述序列号对所述随机数进行加密。

验证模块64，用于所述电子设备基于所述随机数与所述校验码进行匹配验证，根据所述匹配验证结果连接所述音频外接设备。

在一个实施例中，所述调制模块61，包括：

分段单元611，用于将所述音频信号进行分段，将分段后的音频信号进行快速傅里叶变换，生成第一相位矩阵与幅度矩阵。

计算单元612，用于基于所述第一相位矩阵计算相邻段音频信号之间的相位差分。

加密数值生成单元613，用于利用所述电子设备的加密运算公钥对所述随机数进行加密，生成加密数值。

例如，设置随机数的加密数值为“1”，非随机数的加密数值为“0”。

替换单元614，用于利用所述加密数值替换每段音频信号的初始相位值，基于所述初始相位值与所述相位差分重新构建第二相位矩阵。

具体的，将具有随机数的该段音频信号的初始相位值替换为“-π/2”，不具有随机数的音频信号的初始相位值替换为“π/2”，其中，“-π/2”代表加密数值“1”，“π/2”代表非加密数值“0”。

重构单元615，用于对所述第二相位矩阵与所述幅度矩阵进行傅里叶逆变换，重构所述音频信号，生成所述调制后的音频信号。

在一个实施例中，所述解调模块62，包括：

采集单元621，用于所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号。

具体的，采集调制后音频信号的段数、离散傅里叶变换的点数以及每段音频信号时间的数据间隔。

初始相位生成单元622，用于对调制后的音频信号进行离散傅里叶变换，生成所述初始相位值。

判断单元623，用于判断所述初始相位值是否为加密数值，根据判断结果生成所述随机数。

具体的，若初始相位值为“-π/2”时，则该加密数值为“1”，则提取该随机数，若初始相位值为“π/2”时，则该加密数值为“0”，不存在随机数，则提取下一段音频信号中的初始相位值进行判断。

在一个实施例中，所述加密模块63，包括：

校验数生成单元631，用于所述音频外接设备利用加密运算私钥对所述随机数进行加密，生成所述校验数。

具体的，所述音频外接设备的序列号作为加密运算私钥对所述随机数进行加密。

调制单元632，用于所述音频外接设备基于所述校验数对所述音频信号进行调制，将调制后的音频信号发送给所述电子设备。

在一个实施例中，所述验证模块64，包括：

加密单元641，用于所述电子设备利用加密运算公钥对所述随机数进行加密计算，生成加密计算结果。

具体的，所述电子设备内置有一个加密芯片，利用所述加密芯片的加密运算公钥对所述随机数进行加密计算。

解调单元642，用于所述电子设备对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述校验数。

验证单元643，用于所述电子设备对所述加密计算结果与所述校验码进行匹配验证，若验证通过，则将所述电子设备与所述音频外接设备进行连接。

具体的，若所述加密计算结果与所述校验码一致，表明外接设备的私钥（也就是序列号）与电子设备的公钥匹配，则验证通过，将音频外接设备与电子设备的音频接口电连接。

进一步地，若所述加密计算结果与所述校验码不一致，表明外接设备的私钥（也就是序列号）与电子设备的公钥不匹配，则验证不通过，音频外接设备与电子设备的音频接口电断开，不进行连接。

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

Claims (10)

1.基于加密芯片的音频外接设备安全认证方法，其特征在于，包括：

电子设备基于随机数对音频信号进行调制，并将调制后的音频信号发送给音频外接设备；

所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号，并对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述随机数；

所述音频外接设备对所述随机数进行加密，生成校验数，并将所述校验数发送给所述电子设备；

所述电子设备基于所述随机数与校验码进行匹配验证，根据所述匹配验证结果连接所述音频外接设备。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子设备基于随机数对音频信号进行调制，并将调制后的音频信号发送给音频外接设备，包括：

将所述音频信号进行分段，将分段后的音频信号进行快速傅里叶变换，生成第一相位矩阵与幅度矩阵；

基于所述第一相位矩阵计算相邻段音频信号之间的相位差分；

利用所述电子设备的加密运算公钥对所述随机数进行加密，生成加密数值；

利用所述加密数值替换每段音频信号的初始相位值，基于所述初始相位值与所述相位差分重新构建第二相位矩阵；

对所述第二相位矩阵与所述幅度矩阵进行傅里叶逆变换，重构所述音频信号，生成所述调制后的音频信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号，并对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述随机数，包括：

所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号；

对调制后的音频信号进行离散傅里叶变换，生成所述初始相位值；

判断所述初始相位值是否为加密数值，根据判断结果生成所述随机数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述音频外接设备对所述随机数进行加密，生成校验数，并将所述校验数发送给所述电子设备，包括：

所述音频外接设备利用加密运算私钥对所述随机数进行加密，生成所述校验数；

所述音频外接设备基于所述校验数对所述音频信号进行调制，将调制后的音频信号发送给所述电子设备。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电子设备基于所述随机数与所述校验码进行匹配验证，根据所述匹配验证结果连接所述音频外接设备，包括：

所述电子设备利用加密运算公钥对所述随机数进行加密计算，生成加密计算结果；

所述电子设备对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述校验数；

所述电子设备对所述加密计算结果与所述校验码进行匹配验证，若验证通过，则将所述电子设备与所述音频外接设备进行连接。

6.基于加密芯片的音频外接设备安全认证装置，其特征在于，包括：

调制模块，用于电子设备基于随机数对第一音频信号进行调制，并将调制后的音频信号发送给音频外接设备；

解调模块，用于所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号，并对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述随机数；

加密模块，用于所述音频外接设备对所述随机数进行加密，生成校验数，并将所述校验数发送给所述电子设备；

验证模块，用于所述电子设备基于所述随机数与所述校验码进行匹配验证，根据所述匹配验证结果连接所述音频外接设备。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述调制模块，包括：

分段单元，用于将所述音频信号进行分段，将分段后的音频信号进行快速傅里叶变换，生成第一相位矩阵与幅度矩阵；

计算单元，用于基于所述第一相位矩阵计算相邻段音频信号之间的相位差分；

加密数值生成单元，用于利用所述电子设备的加密运算公钥对所述随机数进行加密，生成加密数值；

替换单元，用于利用所述加密数值替换每段音频信号的初始相位值，基于所述初始相位值与所述相位差分重新构建第二相位矩阵；

重构单元，用于对所述第二相位矩阵与所述幅度矩阵进行傅里叶逆变换，重构所述音频信号，生成所述调制后的音频信号。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述解调模块，包括：

采集单元，用于所述音频外接设备在预设时间窗口内采集所述调制后的音频信号；

初始相位生成单元，用于对调制后的音频信号进行离散傅里叶变换，生成所述初始相位值；

判断单元，用于判断所述初始相位值是否为加密数值，根据判断结果生成所述随机数。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述加密模块，包括：

校验数生成单元，用于所述音频外接设备利用加密运算私钥对所述随机数进行加密，生成所述校验数；

调制单元，用于所述音频外接设备基于所述校验数对所述音频信号进行调制，将调制后的音频信号发送给所述电子设备。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述验证模块，包括：

加密单元，用于所述电子设备利用加密运算公钥对所述随机数进行加密计算，生成加密计算结果；

解调单元，用于所述电子设备对所述调制后的音频信号进行解调，生成所述校验数；

验证单元，用于所述电子设备对所述加密计算结果与所述校验码进行匹配验证，若验证通过，则将所述电子设备与所述音频外接设备进行连接。

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