KR100420556B1 - Real time voice packet encryption/decryption system and encrypting/decrypting method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실시간 음성 패킷 암/복호화 시스템 및 그 암/복호화 방법에 관한 것으로, VoIP(Voice over Internet Protocol)의 음성 패킷을 블록암호(Block Ciper)방식으로 암/복호화하는 종래의 기술에서 수반되는 기술적 어려움과 경제적인 손실을 최소화할 수 있는 음성 패킷 암/복호화 시스템 및 그 암/복호화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time voice packet encryption / decryption system and a method for encrypting / decoding the same. The present invention relates to a technique associated with a conventional technology of encrypting / decoding a voice packet of a Voice over Internet Protocol (VoIP) using a block cipher method. The present invention relates to a voice packet encryption / decryption system and a method of encryption / decryption thereof capable of minimizing difficulty and economic loss.
이를 위해, 본 발명은 종래의 보코더 압축/복원부의 출력인 음성 패킷의 정보를 모두 암호화하는 H.235 권고안 대신에, 보코더 압축/복원부의 특성을 이용해 음성신호의 의미를 전달하는 포만트(Formant)성분만을 음성 패킷에서 추출하고, 추출된 포만트성분을 전치암호(Permutation Ciper)방식을 이용하여 암/복호화하는 음성 패킷 암/복호화 시스템 및 그 암/복호화 방법을 제공한다.To this end, the present invention instead of the H.235 recommendations for encrypting all the information of the voice packet that is the output of the conventional vocoder compression / restoration unit, formant to convey the meaning of the voice signal using the characteristics of the vocoder compression / restoration unit Provided are a voice packet encryption / decryption system and a method of encryption / decryption, wherein only a component is extracted from a voice packet and the extracted formant component is encrypted / decrypted using a permutation ciper method.
따라서, 본 발명은 종래의 블록암호방식을 이용한 음성 패킷 암/복호화 시스템에서 필수적으로 요구되는 고가의 프로세서가 필요없어 종래의 기술에서 수반되는 기술적 어려움과 경제적인 손실을 최소화하면서 음성 패킷의 고속 암호화를 구현할 수 있다.Accordingly, the present invention eliminates the need for an expensive processor, which is essentially required for a voice packet encryption / decryption system using a conventional block cipher system, thereby minimizing the technical difficulties and economical losses associated with the prior art, thereby enabling high speed encryption of voice packets. Can be implemented.
Description
본 발명은 실시간 음성 패킷 암/복호화 시스템 및 그 암/복호화 방법에 관한 것으로, VoIP(Voice over Internet Protocol)의 음성 패킷을 블록암호(Block Ciper)방식으로 암/복호화하는 종래의 기술에서 수반되는 기술적 어려움과 경제적인 손실을 최소화할 수 있는 음성 패킷 암/복호화 시스템 및 그 암/복호화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time voice packet encryption / decryption system and a method for encrypting / decoding the same. The present invention relates to a technique associated with a conventional technology of encrypting / decoding a voice packet of a Voice over Internet Protocol (VoIP) using a block cipher method. The present invention relates to a voice packet encryption / decryption system and a method of encryption / decryption thereof capable of minimizing difficulty and economic loss.
VoIP(Voice over Internet Protocol)는 네트워크 표준 프로토콜인 IP(Internet Protocol)를 이용해 데이터와 동시에 음성까지 함께 전송할 수 있도록 지원하는 기술로서, H.323, SIP(Session Initiation Protocol), MGCP(Media Gateway Control Protocol) 등의 여러 프로토콜을 통해 표준화 작업이 진행되고 있다.Voice over Internet Protocol (VoIP) is a technology that supports simultaneous transmission of data and voice using IP (Internet Protocol), a network standard protocol. H.323, Session Initiation Protocol (SIP), and Media Gateway Control Protocol (MGCP) Standardization is underway through several protocols, such as).
이러한, VoIP의 궁극적인 목표는 PSTN(Public Switched Telephone Network)과 같은 수준의 음성품질과 신뢰도를 얻는데 있으나, 이러한 음성품질과 신뢰도는 음성 부호와, 압축, 전송 및 복구 기술 등과 관련되어 있기 때문에 구현하기가 쉽지가 않다. 이에 따라, 최근에는 음성품질 및 신뢰도와 관련하여 QoS(Quality of Service), 개방형 호 제어 등의 현안이 큰 이슈(Issue)가 되고 있으나, 아직 보안에 대한 연구는 미미한 편이다.While the ultimate goal of VoIP is to achieve the same voice quality and reliability as the Public Switched Telephone Network (PSTN), the voice quality and reliability are related to voice codes, compression, transmission and recovery technologies. Is not easy. Accordingly, in recent years, issues such as quality of service (QoS) and open call control have become a big issue in terms of voice quality and reliability, but security studies are still insignificant.
보안 프로토콜 중에서 유일한 H.235 권고안은 H.323 기반의 시스템에서의 전체적인 보안대책을 권고하고 있으며 아직도 표준화 작업이 진행되고 있다. H.235 권고안은 크게 인증 및 시그널링 보안, 미디어 스트림 보안 및 해킹으로부터의 보호 등 여러 가지 보안 형태를 제안하고 있으나, 본 발명에서는 이 중에서 미디어 스트림 보안, 특히 미디어 중에서도 음성 패킷에 대한 암/복호에서의 새로운 방식을 제안한다.The only H.235 recommendation among security protocols recommends overall security measures in H.323-based systems, and standardization is still underway. The H.235 Recommendation proposes various security forms such as authentication and signaling security, media stream security, and protection from hacking, but in the present invention, the media stream security, particularly in the encryption / decryption of voice packets among media, Propose a new way.
이하에서는, H.235 권고안에서 제시하고 있는 일반적인 VoIP 음성 패킷에 대한 암/복호화 방법을 도 1에 도시된 종래의 VoIP 음성 패킷 암/복호화 시스템을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of encrypting / decoding a general VoIP voice packet proposed in the H.235 Recommendation will be described with reference to the conventional VoIP voice packet encryption / decoding system shown in FIG. 1.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 VoIP 음성 패킷 암/복호화 시스템은 보코더 압축/복원부(10), 패딩부(Padding; 20) 및 블록암호 암/복호화부(30)로 구성되며, 네트워크(Network; 40)를 통해 다수의 음성 패킷 암/복호화 시스템들과 암호화 데이터를 주고 받는다.Referring to FIG. 1, the VoIP voice packet encryption / decryption system according to the related art is composed of a vocoder compression / recovery unit 10, a padding unit 20, and a block encryption / decryption unit 30. Network 40 exchanges encrypted data with multiple voice packet encryption / decryption systems.
보코더 압축/복원부(10)는 '음성 입력'(음성신호를 일정한 주기 예를 들어, 8KHz로 샘플링한 디지털 신호)을 음성 패킷으로 압축하여 패딩부(20)로 전송하거나, 패딩부(20)로부터 전송된 음성 패킷을 원래 음성신호로 복원하여 '음성 출력'을 출력한다.The vocoder compression / recovery unit 10 compresses the 'voice input' (a digital signal sampled at a constant period, for example, 8 KHz) into a voice packet and transmits the compressed voice to the padding unit 20, or the padding unit 20 Restores the voice packet transmitted from the original voice signal and outputs a 'voice output'.
일반적으로, H.235 권고안에서 제시하는 보코더 압축/복원부(10)의 압축 프로토콜로는 G.711, G.722, G.723, G.728 및 G.729 등이 있으나, 20ms를 한 프레임으로 5.3Kbps, 6.3Kbps의 전송률을 갖는 G.723.1 프로토콜과, 10ms를 한 프레임으로 8Kbps의 전송률을 가지고 있어 1/8 이상의 압축률을 갖는 G.729A 프로토콜이 가장 널리 사용된다.In general, compression protocols of the vocoder compression / recovery unit 10 proposed in the H.235 recommendation include G.711, G.722, G.723, G.728, and G.729. The G.723.1 protocol with 5.3Kbps and 6.3Kbps data rates, and the G.729A protocol with compression rate of 1/8 or more are most widely used because they have a 8Kbps data rate for 10ms per frame.
패딩부(20)는 보코더 압축/복원부(10)에서 생성된 음성 패킷을 블록암호 암/복호화부(30)의 입력 크기로 패딩하여 블록암호 암/복호화부(30)로 출력한다. 이는, 블록암호의 특징이 일정한 크기의 블록에 대해서 암호화하는 성질을 가지고 있기 때문에 보코더 압축/복원부(10) 마다 여러 다른 크기로 출력되는 음성 패킷을 하나의 크기로 만들어 출력하기 위함이다.The padding unit 20 pads the voice packet generated by the vocoder compression / recovery unit 10 to an input size of the block encryption / decryption unit 30 and outputs it to the block encryption / decryption unit 30. This is because the feature of the block cipher has a property of encrypting a block of a certain size, so that the vocoder compression / restoration unit 10 outputs a voice packet that is output in different sizes in one size.
블록암호 암/복호화부(30)는 패딩부(20)의 출력과 키, 예컨데 암호화키(Encryption Key) 및 복호화키(Decryption Key)를 입력받고, 상기 암호화키를 이용하여 패딩부(20)의 출력을 암호화하여 네트워크(Network; 40)로 전송하거나, 네트워크(40)로부터 전송된 암호화 데이터를 입력받고, 상기 복호화키를 이용하여 네트워크(40)로부터 전송된 암호화 데이터를 복호화하여 패딩부(30)로 출력한다. 여기서, 키는 H.235 프로토콜에서 제시하는 H.245 능력 교환(Capability Exchange) 과정에서 결정된다.The block cipher encryption / decryption unit 30 receives an output of the padding unit 20 and a key, for example, an encryption key and a decryption key, and uses the encryption key to determine the padding unit 20. The output is encrypted to be transmitted to the network 40 or the encrypted data transmitted from the network 40 is input, and the padding unit 30 is decrypted by decrypting the encrypted data transmitted from the network 40 using the decryption key. Will output Here, the key is determined during the H.245 capability exchange proposed by the H.235 protocol.
일반적으로, H.235 권고안에서 제시하는 블록암호 암/복호 알고리즘은 보안 수준과 계산량에 따라 56 비트 DES(Data Encryption Standard), 56 비트 RC2 호환성(compatible), 168 비트 트리플(Triple) DES 등이 있으며, 트리플 DES의 경우에는 ECB(Electronic CodeBook), CBC(Cipher Block Chaining), CFB(Cipher FeedBack), OFB(Output FeedBack) 및 카운터(Counter) 모드 중에서 선택이 가능하다.In general, the block cipher encryption / decryption algorithms proposed in the H.235 Recommendations include 56-bit Data Encryption Standard (DES), 56-bit RC2 compatible, and 168-bit Triple DES, depending on the level of security and the amount of computation. In the case of triple DES, it is possible to select among Electronic CodeBook (ECB), Cipher Block Chaining (CBC), Cipher FeedBack (CFB), Output FeedBack (OFB), and Counter mode.
한편, 블록암호 암/복호화부(30)로부터 출력된 암호화 데이터는 네트워크(40)를 통해 다른 음성 패킷 암/복호화 시스템의 블록암호 암/복호화부(30)로 전송되어 복호화된 후 패딩부(20)로 전송된다. 그런 다음, 이 복호화 데이터는 패딩부(20)를 통해 보코더 압축/복원부(10)로 전송되고, 이 보코더 압축/복원부(10)를 통해 원래의 음성신호로 복원되어 '음성 출력'으로 출력된다.Meanwhile, the encrypted data output from the block cipher encryption / decryption unit 30 is transmitted to the block cipher encryption / decryption unit 30 of another voice packet encryption / decryption system through the network 40, and then decrypted. Is sent). Then, the decoded data is transmitted to the vocoder compression / restoration unit 10 through the padding unit 20, and is restored to the original voice signal through the vocoder compression / restoration unit 10 and output as 'voice output'. do.
상기에서 설명한 바와 같이, 종래의 음성 패킷 암/복호화 시스템에서는 음성신호를 암/복호화하기 위해 블록암호방식을 채택하고 있는데, 이 블록암호방식은 일반적으로 높은 비도를 유지할 수 있는 반면에 계산량이 많아서 지연(Delay)에 민감하지 않은 데이터의 암/복호화에 주로 사용되는 암호방식이기 때문이다. 그러나, 음성신호는 데이터와는 달리 지연에 민감한 실시간 전달특성을 갖기 때문에 매 프레임마다 블록암호방식을 이용하여 음성 패킷의 모든 정보를 암호화하는데는 많은 기술적인 어려움과 경제적 손실이 따른다.As described above, the conventional voice packet encryption / decoding system employs a block encryption method for encrypting / decoding a voice signal. The block encryption method generally maintains a high degree of complexity while delaying due to a large amount of calculation. This is because it is mainly used for encryption / decryption of data that is not sensitive to delay. However, since voice signals have delay-sensitive real-time propagation characteristics unlike data, many technical difficulties and economic losses are required in encrypting all information of a voice packet using a block cipher method every frame.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 음성 패킷을 단순한 데이터로 보지 않고, 음성신호의 특성을 가지는 하나의 미디어 스트림으로 보며, 그 중에서 특수한 성분만을 추출하여 간단하게 암호화할 수 있는 VoIP 음성 패킷 암/복호화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and the voice packet is not viewed as simple data, but is viewed as a single media stream having the characteristics of the voice signal. An object of the present invention is to provide a VoIP voice packet encryption / decryption system.
이를 위해, 본 발명은 종래의 보코더 압축/복원부의 출력인 음성 패킷의 정보를 모두 암호화하는 H.235 권고안 대신에, 보코더 압축/복원부의 특성을 이용해 음성신호의 의미를 전달하는 포만트(Formant)성분만을 음성 패킷에서 추출하고, 추출된 포만트 성분을 전치암호(Permutation Ciper)방식을 이용하여 암/복호화하는 방법을 제시한다.To this end, the present invention instead of the H.235 recommendations for encrypting all the information of the voice packet that is the output of the conventional vocoder compression / restoration unit, formant to convey the meaning of the voice signal using the characteristics of the vocoder compression / restoration unit A method of extracting only components from a voice packet and extracting formant components using a permutation ciper method is presented.
도 1은 종래 기술에 따른 VoIP 음성 패킷 암/복호화 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a VoIP voice packet encryption / decryption system according to the prior art.
도 2는 보코더 압축/복원부의 압축 방식중 CLEP(Code Excited Linear Prediction) 부호화법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a Code Excited Linear Prediction (CLEP) coding method among compression methods of a vocoder compression / restore unit.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 VoIP 음성 패킷 암/복호화 시스템의 구성도이다.3A and 3B are configuration diagrams of a VoIP voice packet encryption / decryption system according to an embodiment of the present invention.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 VoIP 음성 패킷 암/복호화 시스템의 암/복화방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.4A and 4B are flowcharts illustrating an encryption / decryption method of the VoIP voice packet encryption / decryption system shown in FIG. 3.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10 : 보코더 압축/복원부 20 : 패딩부10: Vocoder Compression / Restoration 20: Padding
30 : 블록암호 암/복호화부 40 : 네트워크30: block cipher encryption / decryption unit 40: network
50 : 포만트 검출부 60 : 잔여성분 검출부50: formant detector 60: residual component detector
110 : 보코더 압축부 120 : 포만트 추출부110: vocoder compression unit 120: formant extraction unit
130 : 치환암호 암호화부 140 : 치환표 생성부130: substitution password encryption unit 140: substitution table generation unit
150 : 패킷 결합부 210 : 보코더 복원부150: packet combiner 210: vocoder recovery unit
220 : 포만트 합성부 230 : 치환암호 복호화부220: formant synthesis unit 230: substitution code decoding unit
240 : 치환표 생성부 250 : 패킷 분리부240: substitution table generation unit 250: packet separation unit
본 발명은 음성 신호를 압축하여 음성 패킷의 형태로 출력하기 위한 보코더와, 상기 보코더로부터 출력된 상기 음성 패킷 성분중 포만트성분과 잔여성분을 분리하여, 추출하기 위한 포만트 추출부와, 상기 포만트성분을 암호화하기 위하여 이용되는 치환표를 생성하기 위한 치환표 생성부와, 상기 치환표를 이용하여 상기 포만트성분를 암호화하기 위한 암호화부와, 상기 암호화된 포만트성분과 상기 포만트 추출부로부터 전송된 상기 음성 패킷의 잔여성분을 결합하기 위한 패킷 결합부를 포함하는 음성 패킷 암호화 시스템을 제공한다.The present invention provides a vocoder for compressing a voice signal and outputs it in the form of a voice packet, a formant extractor for separating and extracting a formant component and a residual component of the voice packet component output from the vocoder, and the satiety. A substitution table generation unit for generating a substitution table used to encrypt the component, an encryption unit for encrypting the formant component using the substitution table, and the encrypted formant component and the formant extraction unit It provides a voice packet encryption system including a packet combiner for combining the remaining components of the transmitted voice packet.
또한, 본 발명은 암호화된 포만트성분과 잔여성분이 결합된 음성 패킷으로부터 상기 암호화된 포만트성분과 상기 잔여성분을 분리하기 위한 패킷 분리부와, 상기 암호화된 포만트성분을 복호화하기 위하여 이용되는 치환표를 생성하기 위한 치환표 생성부와, 상기 치환표를 이용하여 상기 암호화된 포만트성분을 복호화하기 위한 복호화부와, 상기 복호화된 포만트성분과 상기 패킷 분리부로부터 전송된 잔여성분을 합성하여 출력하기 위한 포만트 합성부와, 상기 포만트 합성부를 통해 합성된 상기 복호화된 포만트성분과 잔여성분을 복원하여 음성 신호를 출력하기 위한 보코더를 포함하는 음성 패킷 복호화 시스템을 제공한다.The present invention also provides a packet separator for separating the encrypted formant component and the residual component from a voice packet in which an encrypted formant component and a residual component are combined, and used to decrypt the encrypted formant component. A substitution table generation unit for generating a substitution table, a decryption unit for decrypting the encrypted formant component using the substitution table, and the decrypted formant component and the residual components transmitted from the packet separation unit And a vocoder for restoring the decoded formant component and the residual component synthesized through the formant synthesis unit and outputting a speech signal.
또한, 본 발명은 음성 신호를 음성 패킷 형태로 압축하는 단계와, 상기 음성 패킷에서 포만트성분과 잔여성분을 분리하여 상기 포만트성분을 추출하는 단계와, 상기 포만트성분을 치환표를 이용하여 암호화하는 단계와, 상기 음성 패킷의 잔여성분과 상기 암호화된 포만트성분을 결합하여 출력하는 단계를 포함하는 음성 패킷 암호화 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of compressing a voice signal in the form of a voice packet, extracting the formant component by separating the formant component and the residual component in the voice packet, and using the substitution table for the formant component And encrypting and outputting a combination of the remaining components of the voice packet and the encrypted formant component.
또한, 본 발명은 암호화된 포만트성분과 잔여성분이 결합된 음성 패킷으로부터 상기 암호화된 포만트성분과 상기 잔여성분을 분리하는 단계와, 상기 암호화된 포만트성분을 치환표를 이용하여 복호화하는 단계와, 상기 음성 패킷의 잔여성분과 복호화된 포만트성분을 합성하는 단계와, 상기 합성된 잔여성분과 복호화된 포만트성분을 복원하여 음성 신호를 출력하는 단계를 포함하는 음성 패킷 복호화 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention is the step of separating the encrypted formant component and the residual component from the voice packet in which the encrypted formant component and the residual component are combined, and decrypting the encrypted formant component using a substitution table. And synthesizing the residual component and the decoded formant component of the speech packet, and outputting a speech signal by restoring the synthesized residual component and the decoded formant component. .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예들을 구현하기 위해 적용되는 보코더 압축/복원부의 압축 방식중 일반적으로 널리 사용되는 CLEP(Code Excited Linear Prediction) 부호화법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a Code Excited Linear Prediction (CLEP) encoding method which is generally used among compression methods of a vocoder compression / recovery unit applied to implement preferred embodiments of the present invention.
우선, 음성 압축을 위해서는 '음성 입력', 예컨데 음성신호의 의미에 해당하는 포만트성분을 포만트 검출부(50)를 통해 가장 먼저 추출하고, 포만트 추출 후 잔여성분 검출부(60)를 통해 나머지 특성 잔여성분을 모델링한다. 사람이 말을 할 때 허파를 통해 배출되는 공기가 성도, 구강 및 입술 모양 등을 경유하는데, 이 성도, 구강 및 입술 모양 등을 하나의 필터로 모델링한 성분이 포만트이다. 나머지 잔여성분은 유/무성음을 구분하는 성대의 떨림을 모델링한 피치, 그 외의 잔여성분인 코드북 등이다.First, in order to compress the voice, the formant component corresponding to the 'voice input', for example, the meaning of the voice signal, is first extracted through the formant detector 50, and the remaining components are detected by the residual component detector 60 after extracting the formant. Model residual components. When a person speaks, the air discharged through the lungs passes through the saints, the oral cavity, and the shape of the lips. The formant modeling the saints, the oral cavity and the shape of the lips with one filter is a formant. The remaining residual components are pitches modeling the tremor of the vocal cords separating voiced and unvoiced voices, and codebooks, which are other residual components.
예를 들어, 사람이 어떤 단어를 발성할 때 음성신호의 시간 축(50a)에서는 포만트성분과 피치성분, 그리고 잔여성분의 세 부분으로 구성되며, 주파수 축(50b)에서는 포락선의 전체 윤곽을 나타내는 포만트성분, 촘촘한 부분을 나타내는 피치성분, 그리고 잔여성분으로 구성된다. 포만트성분 추출 후의 시간 및 주파수 축(60a 및 60b)을 도시한 도면을 보면, 시간 축(60a)에서는 피치성분과 잔여성분만이 남아 있으며, 주파수 축(60b)에서는 전체 윤곽에 해당하는 포만트성분이 제거되었음을 알 수 있다. 이어서, 잔여성분 검출부(60)에서는 포만트성분을 제외한 나머지 성분을 모델링하는데, 이 이후에 모델링되는 피치성분과 잔여성분은 음성신호의 품질(Quality)을 좌우하는 중요한 요소가 된다.For example, when a person speaks a word, it consists of three parts, a formant component, a pitch component, and a residual component, on the time axis 50a of the voice signal, and on the frequency axis 50b, the entire outline of the envelope is represented. It consists of a formant component, a pitch component showing a dense part, and a residual component. Referring to the drawing showing the time and frequency axes 60a and 60b after the formant component extraction, only the pitch component and the residual component remain on the time axis 60a, and the formant corresponding to the entire contour on the frequency axis 60b. It can be seen that the component has been removed. Subsequently, the residual component detector 60 models the remaining components except for the formant component. The pitch component and the residual component modeled after this become an important factor that determines the quality of the voice signal.
이처럼, 사람이 음성을 전달하고자 할 경우 전달하고자 하는 음성의 의미에 해당하는 가장 중요한 요소는 포만트성분이며, 그 이외 성분은 음질을 개선하기 위해서 모델링하는 부분이다. 따라서 모든 패킷을 암호화하는 것보다 그 의미에 해당하는 포만트성분만을 암호화한다면 적은 계산량으로도 원하는 만큼의 비도를 갖는 암호화의 수행이 가능하게 된다.As such, when a person wants to deliver a voice, the most important element corresponding to the meaning of the voice to be delivered is a formant component, and the other components are models for improving sound quality. Therefore, if only the formant component corresponding to the meaning is encrypted rather than encrypting all the packets, it is possible to perform the encryption having the desired degree of content with a small amount of computation.
일반적으로, H.235 권고안에서 제시하는 보코더 압축/복원부의 압축 프로토콜로 널리 사용되는 G.723.1에서는 5.3Kbps, 6.3Kbps 공히 20ms에 24비트(예컨데, 800bps)의 포만트성분이 추출되고, G.729A에서는 10ms에 18비트(예컨데, 1.2 Kbps)의 포만트성분이 추출되며, 그 이외는 모두 피치성분과 잔여성분을 모델링하기 위해서 사용된다.In general, in G.723.1, which is widely used as the compression protocol of the vocoder compression / restore described in H.235 Recommendation, the formant component of 24 bits (for example, 800bps) is extracted in 20ms, both 5.3Kbps and 6.3Kbps. The 729A extracts 18 bits (for example, 1.2 Kbps) of formant components in 10 ms, and all other components are used to model pitch components and residual components.
이하에서는 상기에서 설명한 보코더 압축/복원부의 동작 특성을 적용하여 구현된 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter will be described a preferred embodiment of the present invention implemented by applying the operating characteristics of the vocoder compression / restoration described above.
도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 VoIP 음성 패킷 암/복호화 시스템의 간략도로서, 이 시스템은 포만트성분을 암호화하기 위한 암호화 방식으로 치환암호방식을 적용한다.3A is a schematic diagram of a VoIP voice packet encryption / decryption system according to a preferred embodiment of the present invention, which applies a substitution encryption scheme as an encryption scheme for encrypting a formant component.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예의 VoIP 음성 패킷 암호화 시스템은 보코더 압축부(110), 포만트 추출부(120), 치환암호 암호화부(130), 치환표 생성부(140) 및 패킷 결합부(150)로 구성되며, 네트워크를 통해 다수의 음성 패킷 복호화 시스템으로 암호화 데이터를 출력한다.Referring to FIG. 3A, a VoIP voice packet encryption system according to a preferred embodiment of the present invention includes a vocoder compression unit 110, a formant extraction unit 120, a substitution code encryption unit 130, a substitution table generation unit 140, and a packet. Combining unit 150, and outputs the encrypted data to a plurality of voice packet decryption system via a network.
보코더 압축부(110)는 도 2에 도시된 특성을 갖는 보코더 압축부를 사용하며, '음성 입력'(음성신호를 일정한 주기 예를 들어, 8KHz로 샘플링한 디지털 신호)을 음성 패킷으로 압축하여 포만트 추출부(120)로 전송한다. 예컨데, 보코더 압축부(110)는 G.723 및 G.729 등을 이용하여 음성 압축을 수행한다.The vocoder compression unit 110 uses a vocoder compression unit having the characteristics shown in FIG. 2, and compresses the 'voice input' (a digital signal sampled at a constant period, for example, 8 KHz) into a voice packet to form a form. Transmission to the extraction unit 120. For example, the vocoder compression unit 110 performs voice compression using G.723, G.729, and the like.
포만트 추출부(120)는 보코더 압축부(110)를 통해 생성된 음성 패킷의 성분중에서 포만트성분과 잔여성분을 분리하고, 이중 포만트성분만을 추출해서 치환암호 암호화부(130)로 전송하고, 포만트성분을 제외한 잔여성분을 패킷 결합부(150)로 전송한다.The formant extractor 120 separates the formant component and the residual components from the components of the voice packet generated through the vocoder compression unit 110, extracts only the double formant component, and transmits the extracted formant component to the substitution coder 130. The remaining components other than the formant component are transmitted to the packet combiner 150.
치환암호 암호화부(130)는 치환표 생성부(140)로부터 전송되는 치환표를 토대로 포만트 추출부(120)에서 전송되는 포만트성분의 각 비트를 교환하는 치환 동작을 수행하고 그 결과를 패킷 결합부(150)로 전송한다.The substitution code encryption unit 130 performs a substitution operation for exchanging each bit of the formant component transmitted from the formant extraction unit 120 based on the substitution table transmitted from the substitution table generation unit 140 and outputs the packet. Transmission to the coupling unit 150.
치환표 생성부(140)는 공유키를 바탕으로 치환표를 생성해서 치환암호 암호화부(130)로 전송한다. 치환표 생성부(140)는 포만트의 위치와 키에 따라서 약한(Weak) 키를 생성할 수 있는데, 이를 방지하기 위해서는 적절한 제약 조건이 가미되어야 하며, 각 프레임마다 비밀키를 시드(Seed)로 사용해서 다른 치환표를 생성한다. 그리고, 정상적인 동작을 위해서는 송/수신부 간의 적절한 동기가 전제되어야 한다.The substitution table generation unit 140 generates a substitution table based on the shared key and transmits the substitution table to the encryption encryption unit 130. The substitution table generator 140 may generate a weak key according to the position and the key of the formant. In order to prevent this, an appropriate constraint must be applied, and the secret key is seeded for each frame. To generate another substitution table. In addition, for normal operation, proper synchronization between the transmitter and receiver must be premised.
패킷 결합부(150)는 포만트 추출부(120)에서 암호화되지 않고 출력되는 잔여성분과, 치환암호 암호화부(130)에서 암호화되어 출력되는 암호화된 포만트성분을 다시 음성 패킷 형태로 재결합하여 네트워크를 통해 음성 패킷 복호화 시스템으로 전송한다.The packet combiner 150 recombines the remaining components output from the formant extracting unit 120 without being encrypted and the encrypted formant components encrypted and output from the substitution encryption encryptor 130 in the form of voice packets. Through the transmission to the voice packet decoding system.
한편, 도 3a의 음성 패킷 암호화 시스템으로부터 전송된 암호화된 포만트성분을 포함하는 음성 패킷을 복호화하기 위한 음성 패킷 복호화 시스템은 도 3b에 도시된 바와 같다. 이 시스템은 포만트성분을 복호화하기 위한 복호화 방식으로 치환암호방식을 적용한다.Meanwhile, a voice packet decryption system for decrypting a voice packet including an encrypted formant component transmitted from the voice packet encryption system of FIG. 3A is illustrated in FIG. 3B. This system applies a substitution cipher as a decoding scheme for decoding the formant component.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예의 VoIP 음성 패킷 복호화 시스템은 보코더 복원부(210), 포만트 합성부(220), 치환암호 복호화부(230), 치환표 생성부(240) 및 패킷 분리부(250)로 구성되며, 네트워크를 통해 음성 패킷 암호화 시스템으로부터 암호화된 포만트성분을 포함하는 음성 패킷을 전송받고, 이 음성패킷을 복호화하여 출력한다.Referring to FIG. 3B, the VoIP voice packet decoding system according to the preferred embodiment of the present invention includes a vocoder restoration unit 210, a formant synthesis unit 220, a substitution code decoding unit 230, a substitution table generation unit 240, and a packet. It is composed of a separation unit 250, receives a voice packet containing an encrypted formant component from a voice packet encryption system through a network, and decrypts and outputs this voice packet.
패킷 분리부(250)는 네트워크를 통해 도 2a에 도시된 음성 패킷 암호화 시스템으로부터 전송되는 음성 패킷에 포함된 성분중에 암호화된 포만트성분과 잔여성분을 분리하여 암호화된 포만트성분은 치환암호 복호화부(230)로 전송하고, 잔연성분은 포만트 합성부(220)로 전송한다.The packet separator 250 separates the encrypted formant component and the remaining components among the components included in the voice packet transmitted from the voice packet encryption system shown in FIG. And the residual component is transmitted to the formant synthesis unit 220.
치환암호 복호화부(230)는 치환표 생성부(240)로부터 전송되는 치환표를 토대로 패킷 분리부(250)에서 전송되는 암호화된 포만트성분을 복호화하여 포만트 합성부(220)로 전송한다.The substitution code decryption unit 230 decrypts the encrypted formant component transmitted from the packet separation unit 250 based on the substitution table transmitted from the substitution table generation unit 240 and transmits the decrypted formant component to the formant synthesis unit 220.
치환표 생성부(240)는 공유키를 바탕으로 치환표를 생성해서 치환암호 복호화부(230)로 전송한다. 치환표 생성부(240)는 포만트의 위치와 키에 따라서 약한(Weak) 키를 생성할 수 있는데, 이를 방지하기 위해서는 적절한 제약 조건이 가미되어야 하며, 각 프레임마다 비밀키를 시드(Seed)로 사용해서 다른 치환표를 생성한다. 그리고, 정상적인 동작을 위해서는 송/수신부 간의 적절한 동기가 전제되어야 한다.The substitution table generation unit 240 generates a substitution table based on the shared key and transmits the substitution table to the substitution password decoding unit 230. The substitution table generator 240 may generate a weak key according to the position and the key of the formant. In order to prevent this, an appropriate constraint must be applied, and the secret key is seeded for each frame. To generate another substitution table. In addition, for normal operation, proper synchronization between the transmitter and receiver must be premised.
포만트 합성부(220)는 패킷 분리부(250)로부터 전송되는 잔여성분과, 치환암호 복호화부(230)로부터 전송되는 복호화된 포만트성분을 입력받고, 이 두 성분을 음성 패킷의 형태로 합성하여 보코더 복원부(210)로 전송한다.The formant synthesis unit 220 receives the residual components transmitted from the packet separator 250 and the decoded formant components transmitted from the substitution code decoder 230, and synthesizes the two components in the form of a voice packet. To the vocoder recovery unit 210.
보코더 복원부(210)는 도 2에 도시된 특성을 갖는 보코더 복원부를 사용하며, 포만트 합성부(220)로부터 전송된 음성 패킷을 원래 음성신호로 복원하여 '음성 출력'을 출력한다. 예컨데, 보코더 복원부(210)는 G.723 및 G.729 등을 이용하여 음성 압축/복원을 수행한다.The vocoder reconstructor 210 uses a vocoder reconstructor having the characteristics shown in FIG. 2 and reconstructs a voice packet transmitted from the formant synthesizer 220 to an original voice signal and outputs a 'voice output'. For example, the vocoder reconstruction unit 210 performs voice compression / restore using G.723 and G.729.
이하에서는 상기와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 VoIP 음성 패킷 암호화 및 복호화 시스템의 암호화 및 복호화 방법을 도 4a 및 도 4b에 도시된 흐름도를 통해 설명하기로 한다.Hereinafter, an encryption and decryption method of the VoIP voice packet encryption and decryption system of the present invention including the above configuration will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. 4A and 4B.
<암호화 방법><Encryption method>
도 4a를 참조하면, 우선 치환표 생성부(140)에서 이용되는 공유키는 권고안에서 제시한 H.245 능력교환 방법에 의해 비밀키를 적절하게 교환한다. 이런 환경에서, 보코더 압축부(110)는 입력되는 '음성 입력'(즉, 음성 신호)을 압축하여 음성 패킷의 형태로 포만트 추출부(120)로 출력한다(단계 S11). 이후, 포만트 추출부(120)는 음성 패킷에 포함된 성분중 포만트성분만을 추출하여 전치암호 암호화부(130)로 전송하고, 나머지 잔여성분은 패킷 결합부(150)로 전송한다(단계 S12).Referring to FIG. 4A, first, the shared key used in the substitution table generation unit 140 properly exchanges the secret key by the H.245 capability exchange method proposed in the recommendation. In this environment, the vocoder compression unit 110 compresses the input 'voice input' (that is, the voice signal) and outputs it to the formant extraction unit 120 in the form of a voice packet (step S11). Thereafter, the formant extractor 120 extracts only the formant component among the components included in the voice packet, and transmits the formant component to the pre-cryptographer 130, and transmits the remaining components to the packet combiner 150 (step S12). ).
한편, 치환표 생성부(140)는 교환된 공유키를 이용하여 적절한 치환표를 생성하여 치환암호 암호화부(130)로 전송한다. 이후, 치환암호 암호화부(130)는 상기 치환표를 이용하여 포만트 추출부(120)로부터 전송된 포만트성분을 암호화하고, 암호화된 포만트성분을 패킷 결합부(150)로 전송한다(단계 S13). 패킷 결합부(150)는 암호화된 포만트성분과 암호화되지 않은 잔여성분을 음성 패킷의 포맷으로 재결합한다(단계 S14).Meanwhile, the substitution table generation unit 140 generates an appropriate substitution table using the exchanged shared key and transmits the substitution table encryption unit 130. Subsequently, the substitution code encryption unit 130 encrypts the formant component transmitted from the formant extraction unit 120 using the substitution table, and transmits the encrypted formant component to the packet combiner 150 (step S13). The packet combiner 150 recombines the encrypted formant component and the unencrypted residual component into the format of the voice packet (step S14).
<복호화 방법><Decryption method>
도 4b를 참조하면, 패킷 분리부(250)는 네트워크를 통해 전송된 음성 패킷중에서 암호화된 포만트성분과 나머지 잔여성분을 분리한 후 암호화된 포만트성분을 치환암호 복호화부(230)로 전송하고, 잔여성분은 포만트 합성부(220)로 전송한다(단계 S15). 이후, 치환암호 복호화부(230)는 치환표 생성부(240)로부터 전송된 치환표를 이용하여 적절히 암호화된 포만트성분을 복호화하여 포만트 합성부(230)로 전송한다(단계 S16). 이 때, 상기 치환표는 비밀키를 통해 동기가 셋팅(Setting)된 상태로 치환암호 복호화부(230)로 전송된다.Referring to FIG. 4B, the packet separator 250 separates the encrypted formant component and the remaining residual components from the voice packet transmitted through the network, and transmits the encrypted formant component to the substitution code decryption unit 230. The remaining components are transmitted to the formant synthesis unit 220 (step S15). Subsequently, the substitution code decryption unit 230 decrypts the formant component appropriately encrypted using the substitution table transmitted from the substitution table generation unit 240 and transmits the formant component 230 to the formant synthesis unit 230 (step S16). At this time, the substitution table is transmitted to the substitution code decryption unit 230 in a state where synchronization is set through a secret key.
이어서, 포만트 합성부(220)는 복호화된 포만트성분과 잔여성분을 음성 패킷의 형태로 다시 결합하여 보코더 복원부(210)로 전송한다(단계 S17). 보코더 복원부(210)는 포만트 합성부(220)로부터 전송된 음성 패킷을 원래 음성신호로 복원하여 '음성 출력'을 출력한다(단계 S18).Subsequently, the formant synthesizing unit 220 combines the decoded formant component and the residual component again in the form of a voice packet and transmits it to the vocoder restoration unit 210 (step S17). The vocoder recovery unit 210 restores the voice packet transmitted from the formant synthesizing unit 220 to the original voice signal and outputs a 'voice output' (step S18).
상기에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 음성 패킷 암호화 시스템 및 복호화 시스템으로 서로 분리하여 독립적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 기술적 사상의 이해를 돕기 위함이지, 본 발명이 암호화 시스템 및 복호화 시스템으로 분리되는 독립적인 구성을 가지는 것이 아님을 주의해야 한다. 즉, 본 발명의 음성 패킷 암호화 시스템 및 복호화 시스템은 음성 패킷의 암호화 및 복호화를 구현할 수 있도록 동일한 구성으로 이루어지며, 암호화 및 복호화가 가능한 하나의 암/복호화 시스템으로 구성된다. 또한, 본 발명의 기술적 사상은 상기의 바람직한 실시예에 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 아울러, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 상기 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention described above has been described separately from each other by a voice packet encryption system and a decryption system, this is to help understanding of the technical idea of the present invention, and the present invention is separated into an encryption system and a decryption system. Note that it does not have an independent configuration. That is, the voice packet encryption system and decryption system of the present invention are configured in the same configuration to implement the encryption and decryption of the voice packet, it is composed of one encryption / decryption system capable of encryption and decryption. In addition, although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above implementation is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the spirit of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명은 계산량이 적은 치환암호방식을 이용하여 새로운 VoIP 음성 패킷 암/복호화 시스템을 제시함으로써 종래의 블록암호방식을 이용한 VoIP 음성 패킷 암/복호화 시스템에서 필수적으로 요구되는 고가의 프로세서가 필요없다. 이에 따라, 본 발명은 종래 기술에서 수반되는 기술적 어려움과 경제적인 손실을 최소화하면서 음성 패킷의 고속 암호화를 구현할 수 있다.As described above, the present invention proposes a new VoIP voice packet encryption / decryption system using a substitution encryption method that has a low computational amount, thereby requiring an expensive processor that is required in a VoIP voice packet encryption / decryption system using a conventional block encryption method. There is no need. Accordingly, the present invention can implement high-speed encryption of voice packets while minimizing the technical difficulties and economic losses associated with the prior art.
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