CN1645780A - 一种能够隐藏通话语音的保密通信方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够隐藏通话语音的保密通信方法和装置，其特征在于，被叫方响应主叫方呼叫后，主叫方与被叫方首先初始化逻辑连接并协商保密通信中所需的参数，包括公开传输的语音名称及频域变换算法，保密传输语音的压缩算法。接着，主叫方发送需要保密传输的语音，该保密语音被隐藏在公开传输的语音中进行传输；当公开传输的语音到达被叫方后，保密语音被恢复出来传给被叫方，完成一次保密通信。本方法可以解决通信网络中语音易被窃听的问题，可以满足政府、军队等相关部门对通信的安全性的要求。

Description

一种能够隐藏通话语音的保密通信方法和装置

技术领域

本发明涉及信息安全领域。更具体地说，涉及一种能够隐藏通话语音的保密通信方法和装置。

背景技术

电话已经在世界范围内普遍使用，利用公共通信网进行话音通信成为人们日常生活中十分平常的一种交流方式。随着公共通信网的不断扩大，人们对它的安全性考虑也越来越多，比如政府或军队内部保密信息的通信要求，以及个人隐私对保密通信的要求等。

中国专利公开号为CN1549490的申请案，该发明原理为：通信双方在通话前进行相互的身份认证和安全的密钥交换来实现通话时语音信号的保密传输。该方法可以解决通信过程中的重放攻击、语音模仿攻击以及通信后发生抵赖行为的问题，但该方法加密后的语音流在信道中以噪声方式传输，易被攻击者发现并进行攻击。

发明内容

本发明提出了一种能够隐藏通话语音的保密通信方法和装置。需要保密的语音在发送端被隐藏于公开传输的语音中进行传输，到达接收端再将保密的语音从公开传输的语音中提取并恢复出来，从而实现语音保密通信的功能。本装置既可作为保密电话终端代替现有的通用电话终端，也可以进行日常的普通通信。

本发明中在公共通信网公开传输的语音的质量很高，因而需要保密的语音隐蔽性很高，窃听方很难发觉，即使在公共通信网的交换中心也无法检测出保密语音的内容，只能检测到公开传输的语音的内容，因此可有效解决公共通信网络中语音易被窃听的问题。

一次典型的语音保密通信过程可以描述为：用户拨打对方电话，被叫方摘机后，双方首先协商保密通信中所需的参数，包括公开传输的语音名称及频域变换算法(例如离散小波变换、离散余弦变换等算法)，保密传输语音的压缩算法(例如MELP、LPC等)。然后，主叫方发送需要保密传输的语音，本装置将其转换为数字信号并分组压缩后隐藏到公开传输的语音中，隐藏了保密语音的公开传输的语音被转换为模拟信号在公共通信网上传输；被叫方收到该语音后，本装置首先将该语音转换为数字信号，并从数字信号中恢复出压缩后的保密传输的语音，将其解压重组并还原出原始的保密语音。通话结束后，用户挂机，本装置清除通话参数信息，回到初始态，等待用户再次使用。

附图说明

图1是本发明的硬件结构图；

图2是双方通信前的协商过程图；

图3是需要保密的语音在发送方和接收方的流向经过图；

图4是图3中语音隐藏的过程图；

图5是图3中语音恢复的过程图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理及特征，以下结合附图进行说明。

图1是本发明的硬件结构图。

如图1所示，本发明的硬件电路简洁，其主要计算由微处理器完成。存储器由flashmemory组成，存储主控程序以及公开传输的语音，其中主控程序完成装置的大部分功能，包括需要保密的语音的分组、重组、隐藏、恢复以及选择公开传输的语音等；公开传输的语音由用户通过输入模块选择。编/解码器完成电话对用户语音的压缩和解压。话筒将声音信号转化为模拟信号，送到A/D转换模块，转换成数字信号。D/A转换模块把数字信号转换成模拟信号，送到听筒还原成声音信号。调制解调模块将数字信号转换为模拟信号和将模拟信号转换为数字信号，满足电话网络传输的要求。显示模块向用户显示当前的话机的状态，提示操作步骤，显示拨出号码、通话时间、是否为隐藏通信、语音编码及隐藏算法等用户关心的内容。输入模块提供拨号、选择公开传输的语音、选择语音压缩以及保密语音的频域变换算法等功能。

图2是双方通信前的协商过程图。

双方通信前的协商过程发生在被叫方应答主叫方呼叫以后，双方通话之前，具体步骤如下：

第一阶段：该阶段用来初始化逻辑连接，步骤如下：

(1)这个过程由主叫方发起，并发送“主叫方开始连接”消息，该消息包括以下内容：

a)保密传输语音的压缩算法列表：包含所有主叫方支持的语音压缩算法名称；

b)公开传输的语音名称列表：包含所有主叫方支持的公开传输语音名称；

c)频域变换算法列表：包含所有主叫方支持的频域变换算法名称。

(2)主叫方在发送了“主叫方开始连接”消息后，等待“被叫方开始连接”消息，如果被叫方响应超时，则给出提示，并中断握手。

(3)被叫方收到“主叫方开始连接”消息后，解析“主叫方开始连接”消息，得到其支持的“保密传输语音的压缩算法列表、公开传输的语音名称列表、频域变换算法列表”，从中分别选择一个适合自己的“保密传输语音的压缩算法”、“公开传输的语音名称”、以及“频域变换算法”。

(4)被叫方向主叫方发送“被叫方开始连接”消息，该消息包括以下的内容：

a)由步骤(3)选定的保密传输语音的压缩算法f_压缩算法；

b)由步骤(3)选定的公开传输的语音名称M_{公开语音名称}；

c)由步骤(3)选定的频域变换算法f_{频域变换算法}。

第二阶段：该阶段用于双方确认连接已完成，步骤如下：

(1)主叫方接收“被叫方开始连接”消息后，向被叫方发送“主叫方完成”消息，该消息不包括任何参数，只用于通知被叫方已经完成连接有关的通信参数的协商过程。

(2)被叫方收到“主叫方完成”消息后，给主叫方返回一个“被叫方完成”消息，该消息不包括任何参数，只用于通知主叫方已经完成连接有关的通信参数的协商过程。

双方通信前的协商过程至此结束，通信双方已协商好相同的保密传输语音的压缩算法、公开传输的语音名称和频域变换算法，可进行语音保密通信。

图3是需要保密的语音在发送方和接收方的流向经过图。

需要保密的语音S从发送方传送到接收方的处理步骤如下：

(1)在发送方将需要保密传输的语音S通过A/D转换模块后转变为数字信号；

(2)将数字信号隐藏在公开传输的语音中(公开传输的语音在通信前的协商中由双方选定)；

(3)将隐藏后的公开传输的语音信号调制为模拟信号后发送到公共通信网；

(4)语音到达接收方后，进行解调将其变为数字信号；

(5)恢复出公开传输语音中相应的隐藏语音；

(6)将相应的隐藏语音通过D/A转换还原得到原始的语音S。

图4是图3中语音隐藏的过程图。

将需要保密传输的语音S隐藏在公开传输的语音的步骤如下：

(1)依据通信前协商得到的公开语音名称M_{公开语音名称}，从本装置存储器中检索出相应的公开语音P：

P＝{P(i)，0≤i≤T}                                        (1)

其中P(i)为[0，255]之间的整数，T为P的长度。

(2)将需要保密传输的语音S进行语音分组，形成一个语音分组流(S₁，S₂，...，S_n)，设S_i为当前正在处理的分组。

(3)将S_i经过指定的语音压缩算法压缩后形成长度为L的压缩语音S_i′，L是压缩后的语音分组的大小。

S_i′＝f_压缩算法(S_i)＝{s_i′，0≤i≤L}                      (2)

其中s_i′为[0，255]之间的整数，L为S_i′的长度。

(4)计算变换域系数C：

C＝f_{频域变换算法}(P)＝{C(i)＝f_{频域变换算法}P(i)，0≤i≤T}   (3)

(5)选取隐藏点K＝{j₁，j₂，...，j_L}，K是P(i)中C(i)的绝对值较大的L个分量的下标集合。

(6)计算隐藏系数C′＝{C′(1)，C′(1)，...，C′(T)}：

$C^{\′}\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}C\left(i\right)*(1+a*{S_j}^{\′}),i\∈K,K\left(j\right)=i\\ C\left(i\right),i\∉K\end{array}\right.--------\left(4\right)$

其中1≤i≤T，a是常数，0≤a≤1，用来控制保密语音的隐藏度。其值越大隐藏度越强，承受攻击能力就越好，但对公开传输的语音质量的影响也相应增大。

(7)计算隐藏了S_i的公开传输的语音P′：

P′＝f_{频域逆变换算法}(C′)＝{P′(i)，0≤i≤T}              (5)

其中f_{频域逆变换算法}是f_{频域变换算法}的逆过程。

图5是图3中语音恢复的过程图。

接收方恢复隐藏在公开传输语音P′中的保密语音的步骤如下：

(1)依据通信前协商得到的公开语音名称M_{公开语音名称}，从本装置存储器中检索出相应的公开语音P。

(2)如同发送方一样，计算变换域系数C，如公式(3)所示。

(3)选择隐藏点K＝{j₁，j₂，..，j_L}，K是P(i)中C(i)的绝对值较大的L个分量的下标集合。

(4)计算隐藏系数C′：

C′＝f_{频域变换算法}(P′)＝{C′(i)＝f_{频域变换算法}P′(i)，0≤i≤T}       (6)

(5)还原隐藏在P′中的S_i′：

S_i′＝{(C′(K(i))/C(K(i))-1)/a，1≤i ≤L}                             (7)

(6)解压S_i′得到隐藏在公开传输语音P′中的保密语音的原始语音分组S_i：

S_i＝f_{解压缩算法}(S_i′)                                                 (8)

其中f_{解压缩算法}是f_压缩算法的逆过程。

(7)重组S_i，得到隐藏在公开传输语音P′中的完整原始语音S。

Claims (5)

1.一种能够隐藏通话语音的保密通信方法，所述方法是通过带有微处理器的数码装置实现的；所述数码装置包括微处理器、编/解码器、调整解调器、存储器、D/A，A/D转换模块、话筒、听筒、显示模块和输入模块，其中，话筒、听筒连接到D/A，A/D转换模块，其余模块和微处理器相连；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

主叫方与被叫方初始化逻辑连接并协商保密通信中所需参数的步骤；

将需要保密传输的语音隐藏在公开传输的语音中的步骤；

恢复隐藏在公开传输语音中的保密语音的步骤。

2.根据权利要求1所述的一种能够隐藏通话语音的保密通信方法，其特征是，所述的主叫方与被叫方初始化逻辑连接并协商保密通信中所需参数的步骤包括以下步骤：

主叫方向被叫方发送保密传输语音的压缩算法列表的步骤；

主叫方向被叫方发送公开传输的语音名称列表的步骤；

主叫方向被叫方发送频域变换算法列表的步骤；

被叫方从主叫方的保密传输语音的压缩算法列表中选择一个保密传输语音的压缩算法的步骤；

被叫方从主叫方的公开传输的语音名称列表中选择一个公开传输的语音名称的步骤；

被叫方从主叫方的频域变换算法列表中选择一个频域变换算法的步骤；

主叫方向被叫方发送“主叫方完成”消息的步骤；

被叫方向主叫方发送“被叫方完成”消息的步骤。

3.根据权利要求1所述的一种能够隐藏通话语音的保密通信方法，其特征是，所述的将需要保密传输的语音隐藏在公开传输的语音中的步骤包括以下步骤：

发送方依据协商得到公开传输的语音P的步骤；

将需要保密传输的语音S进行语音分组得到S_i的步骤；

将分组后的S_i进行语音压缩得到S_i′的步骤；

计算变换域系数C的步骤；

选取隐藏点的步骤；

计算隐藏系数C′的步骤：

计算隐藏了S_i的公开传输的语音P′的步骤。

4.根据权利要求1所述的一种能够隐藏通话语音的保密通信方法，其特征是，所述的恢复隐藏在公开传输语音中的保密语音的步骤包括以下步骤：

接收方依据协商得到公开传输的语音P的步骤；

计算变换域系数C的步骤；

选取隐藏点的步骤；

计算隐藏系数C′的步骤；

还原隐藏在P′中的S_i′的步骤；

解压S_i′得到保密语音的原始语音分组S_i的步骤；

重组S_i得到完整原始语音S的步骤。

5.一种实现权力要求1所述的能够隐藏通话语音的保密通信方法的装置，包括微处理器、编/解码器、调整解调器、存储器、D/A，A/D转换模块、话筒、听筒、显示模块、和输入模块，其中，话筒、听筒连接到D/A，A/D转换模块，其余模块和微处理器相连；其特征在于，所述装置中存储有公开传输的语音和保密通信需要的参数；微处理器控制调制解调器初始化逻辑连接并协商保密通信中所需参数；微处理器控制编/解码器、存储器和D/A，A/D转换模块，将需要保密传输的语音隐藏在公开传输的语音中和恢复隐藏在公开传输语音中的保密语音。

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