專利名稱：一種應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的話音加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及窄帶無線數(shù)字通信領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的話音加密方法。
背景技術(shù)：
在語音加密是對通話信息進行偽裝，使未經(jīng)授權(quán)者不能聽懂其通話內(nèi)容。被偽裝處理的語音稱為明話，對語音信息進行偽裝處理過程稱為語音加密，加密后的語音信息稱為密話，加密者使用的一套規(guī)則程序稱為加密算法，通常算法是在一組密鑰控制下進行的。接受者借助密鑰，用于加密相反的算法將密話恢復(fù)成能聽懂的明話，這個過程稱為解密或脫密。

話音保密技術(shù)主要分模擬和數(shù)字話音保密技術(shù)。頻域置亂就是話音最早采用的模擬話音保密技術(shù)，至今仍在廣泛運用。頻域置亂有三種常用技術(shù)倒頻器、帶移倒頻及頻帶分割，主要是用調(diào)制器和濾波器來實現(xiàn)頻率的搬移，測頻和分割。倒頻就是將信號的高頻和低頻進行交換，即將信號的高頻部分搬到低頻段，而將低頻部分搬到高頻段。倒頻后的信號和原始信號具有相同的頻帶范圍。由于原始語音信號的頻率成分被置亂從而降低了可懂度，起到話音保密作用。在接收端用同樣的倒頻器再將信號恢復(fù)，這種倒頻器也就是最簡單的話音置亂器，本質(zhì)上是一個編碼器，常用倒頻器沒有密鑰，因此它的保密性是有限的。此外還有帶移倒頻，帶移倒頻是以倒頻器為基礎(chǔ)引入密鑰，通話雙方可以使用約定的密鑰進行保密通信。這樣帶移倒頻器就成為真正意義上的語音保密機。還有一種是頻帶分割，也叫做頻帶置亂，這也是模擬話音保密機中最常用的一種技術(shù)。其方法就是把原始信號頻譜分割成幾個相等的子帶，然后重新排列這些子帶的次序以實現(xiàn)置亂，還可對某些子帶進行倒頻交換。此外還有時域置亂、二維置亂、模一數(shù)一模置亂等話音保密技術(shù)。數(shù)字話音保密技術(shù)可以達到很高的保密度，并且克服了模擬話音保密技術(shù)中保密度和話音質(zhì)量兩全其美的困難。數(shù)字保密系統(tǒng)包括話音編、解碼器和數(shù)字調(diào)制、解調(diào)器以及信道編、譯碼器。工作原理是如圖1所示，模擬語音信號經(jīng)過話音編碼器(模數(shù)編碼器)進行數(shù)字編碼成為數(shù)字信號，再通過加密器變成數(shù)字加密話音信號，經(jīng)信道編碼器進行糾錯，再經(jīng)數(shù)字調(diào)制器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成適合于發(fā)送端信道傳輸?shù)哪M信號。如圖2所示，在接收端再由解調(diào)器還原成數(shù)字信號，再經(jīng)信道譯碼器、解密器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器恢復(fù)話音信號。數(shù)字話音保密技術(shù)由于輸出的加密信號具有偽隨機的特性，因此對于竊聽者來講只是一片噪音，可懂度為零。由此可見，在重要的場合大多數(shù)采用數(shù)字話音保密技術(shù)對數(shù)字話音加密。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的話音加密方法，通過在固定時序偷取話音巾貞來傳輸信息頭、密鑰同步巾貞信息和巾貞序號的，并且使得在偷取話音幀的情況下保證話音質(zhì)量。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
—種應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的話音加密方法，包括
在發(fā)送端按下PTT之后，發(fā)送端首先發(fā)送呼叫控制信令到被叫方；
在話音傳輸過程中，發(fā)送端將密鑰信息幀的信息分割，通過連續(xù)預(yù)定數(shù)量的話音幀來傳輸密鑰信息幀至接收方，該密鑰信息幀的信息包括信息頭、密鑰同步幀信息、幀序號；接收方在接收到發(fā)送端的話音幀后，獲取到密鑰信息幀，再根據(jù)其密鑰同步幀信息和幀序號獲取解密密鑰，將當(dāng)前話音幀的話音信息與上一幀獲取的解密密鑰異或來解密。上述方法中,在話音傳輸過程中，每隔一個密鑰信息巾貞時間發(fā)送一次密鑰信息中貞。上述方法中，在發(fā)送端按下PTT后第一次發(fā)送密鑰信息巾貞時,該密鑰信息巾貞的信息頭從最高位到最低位連續(xù)一半設(shè)為I ;在第二次及之后發(fā)送密鑰信息幀時，該密鑰信息 幀的信息頭從最高位到最低位全部設(shè)為I。上述方法中，接收端在接收到發(fā)送端的話音幀后，通過最高位到最低位連續(xù)一半或全部為I的信息頭來獲取密鑰信息巾貞的邊界信息；
當(dāng)接收到的信息頭從最高位到最低位連續(xù)一半為‘I’，表明后面緊跟著的連續(xù)預(yù)定數(shù)量的小幀是密鑰信息幀，而不是話音幀；當(dāng)接收到的信息頭從最高位到最低位全部為‘1’，表明后面緊跟著的預(yù)定數(shù)量的超幀的第一個小幀是密鑰信息幀，而不是話音幀。 上述方法中，發(fā)送端還設(shè)有話音緩沖區(qū)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例具有以下有益效果
本發(fā)明所提供的話音加密方法應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)中，通過在固定時序偷取話音巾貞來傳輸信息頭、密鑰同步巾貞信息和巾貞序號，并且使得在偷取話音巾貞的情況下話音質(zhì)量依然達到很好的效果。


圖1是數(shù)字發(fā)射端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是數(shù)字接收端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是加密及解密流程示意圖。圖4是本發(fā)明實施例中密鑰信息幀結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實施例中按下PTT后第一次發(fā)送的密鑰信息幀分布位置示意圖。圖6是本發(fā)明實施例中第2次或第2次之后發(fā)送的密鑰信息幀分布位置示意圖。圖7是本發(fā)明實施例中用前一個話音幀來替換本次偷幀信息的示意圖。圖8是本發(fā)明實施例中的發(fā)射流程圖。圖9是本發(fā)明實施例中的接收流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。(一)加密的語音數(shù)據(jù)源
加密的語音數(shù)據(jù)源來自于AMBE3000聲碼器比特信息。(二)加密卡操作加密卡存放著話音密鑰。加密卡在空中進行傳輸?shù)挠?類信息1)幀序號；2)同步幀。同時，由于在這里的話音幀信息是每固定時間傳輸一小幀，因此，還需要將加密卡所需要的另一個固定時間幀和這話音幀進行對齊，該操作是通過在空中添加額外的同步信息SYNC來實現(xiàn)的。(三)語音加密流程
1)在發(fā)送端，每次按下PTT之后，MCU向加密卡發(fā)送呼叫類型、ID信息(若為個呼，發(fā)送主叫ID和被叫ID給加密卡；若為組呼，發(fā)送主叫ID和被叫組ID給加密卡)，然后加密卡返回給MCU表明是否存有有關(guān)該信息的密鑰值，若沒有則本次通話失敗，若有則繼續(xù)； 在接收端，MCU向加密卡發(fā)送呼叫類型和呼叫ID (若為個呼，發(fā)送主叫ID和被叫ID給加密卡；若為組呼，發(fā)送主叫ID和被叫組ID給加密卡)；
2)在發(fā)送端，MCU向加密卡索要同步幀信息，加密卡返回同步幀信息，然后MCU將同步幀信息通過空中發(fā)送出去；
3)在接收端，MCU將接收到的同步幀信息送給加密卡；
4)在發(fā)送端，每來一幀，則MCU向加密卡索要I個密鑰值和密鑰幀序列號，然后MCU將序列號通過空中發(fā)送出去，將密鑰值和本次話音信息進行異或之后發(fā)送出去；
5)在接收端，MCU將接收到的幀序號送給加密卡，加密卡返回密鑰值，然后與接收到的話音信息進行異或來實現(xiàn)解密；
在上述流程中，為了實現(xiàn)遲入功能，可以隔一段時間發(fā)送I次同步幀信息；為了實現(xiàn)接收端能夠在發(fā)送端按下PTT之后、發(fā)送話音之前接收到同步幀信息，發(fā)送端可以連續(xù)發(fā)送多次的同步幀信息；在發(fā)送端按下I次PTT之后、未松開PTT之前，加密卡送出的同步幀是相同的。3. 4密鑰信息傳輸機制
在發(fā)送端按下PTT之后，MCU開始獲得話音幀，使用幾個小幀(具體個數(shù)視具體情況而定)來傳輸信息頭、密鑰同步幀信息，格式如圖4所示?？梢?，首先對密鑰同步幀信息KeySync和幀序號FN進行CRC-8的計算，然后對密鑰同步幀信息KeySync、FN和CRC-8進行了編碼。那么密鑰同步幀KeySync、幀序號FN和CRC-8 經(jīng)過編碼后變成了 KeySync+ (FN+CRC)。由于每來一個幀，MCU就向加密卡索要一個密鑰值和序列號FN，而這里的話音幀信息是一個小幀，所以設(shè)計了同步信息幀頭SYNC來實現(xiàn)這里幀和小幀的對齊。幀頭(SYNC)信息是從最高位到最低位連續(xù)一半或全部都為“I”的信息，用于區(qū)分密鑰信息幀的邊界。當(dāng)信息頭SYNC從最高位開始有一半個連續(xù)的“ I”時，表示后面緊跟著的連續(xù)幾個小幀(具體個數(shù)視具體情況而定)是密鑰信息幀，這樣做的目的是為了實現(xiàn)接收端能夠在發(fā)送端按下PTT后、發(fā)送話音之前接收到同步幀信息，如圖5所示。當(dāng)信息頭SYNC是全“I”時，表示這次超幀的時間開始從信息頭SYNC的第一個小幀開始算起，實現(xiàn)上面所說的幀和小幀的對齊，然后這一超幀之后緊跟著的連續(xù)幾個超幀(具體個數(shù)視具體情況而定)的第一個小幀是密鑰信息巾貞，如圖6所示。在話音傳輸過程中，每個超幀偷I幀話音幀，一共幾個超幀(具體個數(shù)視具體情況而定)構(gòu)成一幀密鑰信息幀，從而實現(xiàn)的遲入延時時間是固定的。本實施例定義在每I個超幀周期的第I個小幀為偷幀的密鑰信息幀內(nèi)容，其中FN為幾個超幀(具體個數(shù)視具體情況而定)的第I個幀的加密幀的幀號信息。在發(fā)送端,按下PTT之后，MCU花費一定的時間去建立加密卡的callsetup、讀取加密卡的幀同步KeySync、幀序號FN、密鑰信息等等，為后面的加密做準備，之后花費幾個連續(xù)的小幀(具體個數(shù)視具體情況而定)去傳輸密鑰同步幀。此后，每隔一個密鑰信息幀時間會發(fā)送一次密鑰信息幀。由于剛開始有一段時間不是用來傳輸話音的，所以剛開始時會丟失話音，為了避免剛按下PTT而丟失剛開始的那段話音，需要有個話音緩沖區(qū)，緩沖區(qū)大小視通話效果而定。在接收端，MCU通過最高位到最低位連續(xù)一半或全部為’ I’的SYNC信息來獲取幀邊界信息。當(dāng)接收到SYNC信息從最高位開始連續(xù)加起來有一半的‘1’，說明后面緊跟著的幾個小幀(具體個數(shù)視具體情況而定)是密鑰信息幀，而不是話音幀；當(dāng)接收到SYNC信息從最高位到最低位是全部為’ 1’，說明后面緊跟著的幾個超幀(具體個數(shù)視具體情況而定)的 第一個小幀是密鑰信息幀，而不是話音幀。如果是密鑰信息幀就是用前一個小幀的話音幀來替換本次偷幀信息，如圖7所示。如果MCU在一定時間內(nèi)，仍舊沒有接收到SYNC信息，則認為發(fā)射機是沒有加密卡的，那么就不需要解密，使其即可以聽到密話也可以聽到明話，一旦接收到有SYNC信息就進入解密密話的處理。具體的發(fā)射流程如圖8所示，接收流程如圖9所示。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的話音加密方法，其特征在于，該方法包括在發(fā)送端按下PTT之后，發(fā)送端首先發(fā)送呼叫控制信令到被叫方；在話音傳輸過程中，發(fā)送端將密鑰信息幀的信息分割，通過連續(xù)預(yù)定數(shù)量的話音幀來傳輸密鑰信息幀至接收方，該密鑰信息幀的信息包括信息頭、密鑰同步幀信息、幀序號；接收方在接收到發(fā)送端的話音幀后，獲取到密鑰信息幀，再根據(jù)其密鑰同步幀信息和幀序號獲取解密密鑰，將當(dāng)前話音幀的話音信息與上一幀獲取的解密密鑰異或來解密。
2.如權(quán)利要求1所述應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的話音加密方法，其特征在于，該方法中，在話音傳輸過程中，每隔一個密鑰信息巾貞時間發(fā)送一次密鑰信息中貞。
3.如權(quán)利要求2所述應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的話音加密方法，其特征在于，在發(fā)送端按下PTT后第一次發(fā)送密鑰信息幀時，該密鑰信息幀的信息頭從最高位到最低位連續(xù)一半設(shè)為I;在第二次及之后發(fā)送密鑰信息幀時，該密鑰信息幀的信息頭從最高位到最低位全部設(shè)為I。
4.如權(quán)利要求3所述應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的話音加密方法，其特征在于，該方法中，接收端在接收到發(fā)送端的話音幀后，通過最高位到最低位連續(xù)一半或全部為I的信息頭來獲取密鑰信息巾貞的邊界信息；當(dāng)接收到的信息頭從最高位到最低位連續(xù)一半為‘I’，表明后面緊跟著的連續(xù)預(yù)定數(shù)量的小幀是密鑰信息幀，而不是話音幀；當(dāng)接收到的信息頭從最高位到最低位全部為‘1’， 表明后面緊跟著的預(yù)定數(shù)量的超幀的第一個小幀是密鑰信息幀，而不是話音幀。
5.如權(quán)利要求3所述應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的話音加密方法，其特征在于，該方法中，發(fā)送端還設(shè)有話音緩沖區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的話音加密方法，包括在發(fā)送端按下PTT之后，發(fā)送端首先發(fā)送呼叫控制信令到被叫方；在話音傳輸過程中，發(fā)送端將密鑰信息幀的信息分割，通過連續(xù)預(yù)定數(shù)量的話音幀來傳輸密鑰信息幀至接收方，該密鑰信息幀的信息包括信息頭、密鑰同步幀信息、幀序號；接收方在接收到發(fā)送端的話音幀后，獲取到密鑰信息幀，再根據(jù)其密鑰同步幀信息和幀序號獲取解密密鑰，將當(dāng)前話音幀的話音信息與上一幀獲取的解密密鑰異或來解密。本發(fā)明所提供的話音加密方法應(yīng)用于窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)中，通過在固定時序偷取話音幀來傳輸信息頭、密鑰同步幀信息和幀序號，并且使得在偷取話音幀的情況下話音質(zhì)量依然達到很好的效果。
文檔編號H04W12/02GK103002406SQ20121050770
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者賴鏡靈, 宋洋軍 申請人:科立訊通信股份有限公司