本發(fā)明涉及通信安全，具體涉及語(yǔ)音通信的安全技術(shù)。

背景技術(shù)：

在模擬語(yǔ)音通訊的過(guò)程中語(yǔ)音內(nèi)容是可能被監(jiān)聽(tīng)的，為建立安全信道，一般需要對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行加密和進(jìn)行協(xié)商密碼。

對(duì)于語(yǔ)音進(jìn)行加密：當(dāng)前市場(chǎng)上較多的產(chǎn)品，如通話(huà)加密器/Scramber，其原理與本發(fā)明實(shí)現(xiàn)原理相同。但是其密碼是固定的，即只能在同樣(密碼)的產(chǎn)品中進(jìn)行加密通訊。

對(duì)于協(xié)商密碼：因?yàn)橛懈鞣N數(shù)據(jù)噪聲的干擾，通常在模擬語(yǔ)音信號(hào)中準(zhǔn)確的傳遞數(shù)字信號(hào)是不可能的，因此需要DTMF信號(hào)傳遞密碼(Dual Tone Multi Frequency)。

在實(shí)際使用語(yǔ)音通話(huà)的過(guò)程中除了撥號(hào)，會(huì)不斷地使用到話(huà)機(jī)上的鍵盤(pán)。比如我們?cè)诓樵?xún)?cè)捹M(fèi)時(shí)，服務(wù)臺(tái)會(huì)提示“按1，按2……”，而服務(wù)商獲取該信息的方式就是就是DTMF信號(hào)，雙音多頻，由高頻群和低頻群組成，高低頻群各包含4個(gè)頻率。一個(gè)高頻信號(hào)和一個(gè)低頻信號(hào)疊加組成一個(gè)組合信號(hào)，代表一個(gè)數(shù)字。DTMF信號(hào)有16個(gè)編碼。按一連串的充值卡密碼為手機(jī)充值，同樣是這個(gè)道理。

雖然DTMF帶來(lái)便利，但DTMF也帶來(lái)了麻煩。利用DTMF信號(hào)，不需要破解就能還原內(nèi)容。聲音本質(zhì)是波，僅需要對(duì)錄音文件中的雙音頻撥號(hào)音進(jìn)行掃描，掃描出信號(hào)后，即可呈現(xiàn)出音頻文件中的按鍵順序。因此在該通訊過(guò)程中是可以被監(jiān)聽(tīng)和竊取的。例如在掃描到一個(gè)1209Hz和770Hz的疊加信號(hào)后，數(shù)字1就被解析出來(lái)了。

再者，根據(jù)CCITT的建議，國(guó)際上采用的多種頻率為697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8種。用這8種頻率可形成16種不同的組合，從而代表16種不同的數(shù)字或功能鍵。

因此，在現(xiàn)有的模擬語(yǔ)音通訊技術(shù)中普遍存在以下兩方面的問(wèn)題：

1.安全：不對(duì)語(yǔ)音加密就進(jìn)入運(yùn)營(yíng)商的信道是不安全的，在加密的過(guò)程中固定密鑰的發(fā)送也不能從根源上解決這一問(wèn)題，按照CCITT的建議，所有的DTMF信號(hào)都可以被反解為明文。所以同樣，使用固定編碼表的DTMF信號(hào)，當(dāng)固定編碼表失效后，傳遞的信息也容易被竊取。在密碼失效后，整個(gè)加密信道都將暴露。

2.性能：如要在手機(jī)端使用軟件對(duì)音頻進(jìn)行實(shí)時(shí)的加解碼，則必將造成效率的下降，通話(huà)質(zhì)量也將受到影響

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有模擬語(yǔ)音通訊技術(shù)在安全和性能方面所存在的問(wèn)題，需要一種高安全、性能開(kāi)銷(xiāo)小的模擬語(yǔ)音通訊技術(shù)。

為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種主動(dòng)協(xié)商式加密模擬語(yǔ)音通信方法，該通信方法能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)在當(dāng)前移動(dòng)通訊(非安全信道)不被竊聽(tīng)且整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程性能開(kāi)銷(xiāo)小。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的主動(dòng)協(xié)商式加密模擬語(yǔ)音通信方法，其通過(guò)DTMF協(xié)商密碼，并在基礎(chǔ)的非安全信道中傳遞密碼，進(jìn)行身份鑒別及建立安全信道，在安全信道中進(jìn)行加密通訊。

優(yōu)選的，所述語(yǔ)音通信方法中由DTMF進(jìn)行協(xié)商倒頻點(diǎn)，并基于該倒頻點(diǎn)進(jìn)行傅里葉變換實(shí)現(xiàn)頻域倒頻加密通訊。

優(yōu)選的，所述語(yǔ)音通信方法中使用隨機(jī)倒頻點(diǎn)，該倒頻點(diǎn)隨機(jī)范圍同時(shí)滿(mǎn)足DTMF的傳輸要。

優(yōu)選的，所述語(yǔ)音通信方法中通過(guò)隨機(jī)加密撥號(hào)的方式，獲取按鍵信息，并以該按鍵信息作為隨機(jī)種子生成隨機(jī)倒頻點(diǎn)，且以隨機(jī)倒頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率作為DTMF信號(hào)發(fā)送倒頻點(diǎn)。

優(yōu)選的，所述語(yǔ)音通信方法中包括如下步驟：

(1)DTMF協(xié)商密碼；

發(fā)送方使用隨機(jī)加密撥號(hào)的方式，根據(jù)撥號(hào)用戶(hù)點(diǎn)擊隨機(jī)加密撥號(hào)鍵，以按鍵信息作為隨機(jī)種子生成隨機(jī)倒頻點(diǎn)F；并使用該頻率作為DTMF信號(hào)將倒頻點(diǎn)發(fā)送給接收方；

(2)獲取待發(fā)送音頻信號(hào)；

(3)倒頻加密處理；

3.1)對(duì)待發(fā)送音頻信號(hào)，取出長(zhǎng)為N幀的信號(hào)；

3.2)使用使用F頻率對(duì)長(zhǎng)為N幀的信號(hào)進(jìn)行FFT，將其變換到頻域上，在頻域上進(jìn)行頻率的遷移；

3.3)利用IFFT回到時(shí)域上；

3.4)將變換后的數(shù)據(jù)回寫(xiě)，恢復(fù)至完整的音頻信號(hào)；

(4)將經(jīng)處理倒頻加密的音頻信號(hào)發(fā)送至至接收方。

本發(fā)明提供的主動(dòng)協(xié)商式加密模擬語(yǔ)音通信方案，使用較低功耗協(xié)商密碼，并使用該密碼對(duì)語(yǔ)音信息進(jìn)行加解密，能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)在當(dāng)前移動(dòng)通訊(非安全信道)不被竊聽(tīng)，有效解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)例中進(jìn)行主動(dòng)協(xié)商式加密模擬語(yǔ)音通信的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

本方案在進(jìn)行模擬語(yǔ)音通信時(shí)，使用較低功耗協(xié)商密碼，并在基礎(chǔ)的非安全信道中傳遞密碼，進(jìn)行身份鑒別及建立安全信道，在安全信道中進(jìn)行加密通訊。由此保證當(dāng)前移動(dòng)通訊(非安全信道)不被竊聽(tīng)且將相應(yīng)的軟件性能開(kāi)銷(xiāo)控制在最小值。

對(duì)于本方案中的語(yǔ)音加密原理如下：

本方案中對(duì)音頻信號(hào)，使用F頻率進(jìn)行傅里葉變換實(shí)現(xiàn)頻域倒頻加密通訊。頻域倒頻加密技術(shù)，主要就是利用倒頻器來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音加密，即通過(guò)搬移語(yǔ)音信號(hào)的頻譜，將低頻部分的語(yǔ)音頻譜搬移到頻帶的上部，將高頻部分的語(yǔ)音頻譜搬移到頻帶的下部。

由于針對(duì)聲音信號(hào)，可以通過(guò)FFT(傅里葉變換)將其變換到頻域上，在頻域上進(jìn)行頻率的遷移，然后利用IFFT(逆傅里葉變換)回到時(shí)域上，則聲音信號(hào)的頻率從300～3400變?yōu)?300+F)～(3400+F)，其中的F與信號(hào)的抽樣頻率(即采用頻率)有關(guān)，且F被稱(chēng)為倒頻點(diǎn)。

對(duì)于本方案中的密碼協(xié)商原理：

由于本方案中使用F頻率進(jìn)行傅里葉變換實(shí)現(xiàn)頻域倒頻加密通訊，本方案中使用DTMF進(jìn)行協(xié)商F頻率的值。

其中，密鑰設(shè)計(jì)格式：設(shè)最小可倒頻點(diǎn)為2632，最大可倒頻點(diǎn)為3900，則隨機(jī)選取2632～3900之間整數(shù)作為倒頻點(diǎn)。

針對(duì)上述的原理，以下通過(guò)一實(shí)例方案來(lái)說(shuō)明主動(dòng)協(xié)商式加密模擬語(yǔ)音通信的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

一、語(yǔ)音加密方案。

人耳能夠接收的聲音的頻率從300～3400HZ；對(duì)于在此頻率區(qū)間外的聲音，人耳無(wú)法識(shí)別。

由于語(yǔ)音信號(hào)的變化比較緩慢，所以可以將聲音信號(hào)分成20～30ms每段的幀，在每幀內(nèi)，可以認(rèn)為聲音信號(hào)滿(mǎn)足頻譜穩(wěn)定。從而使用FFT，利用分幀的方法，可以把語(yǔ)音信號(hào)變換到頻域上，在頻域上對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行操作。

在實(shí)際使用中，如果采用帶移倒頻加密方式，則必須事先精確地規(guī)定什么時(shí)間并使用哪一種組合的載波。一個(gè)密匙決定一個(gè)載頻，選定的一個(gè)密匙就對(duì)應(yīng)一個(gè)頻率。

為此，通常采用的辦法是循環(huán)帶移倒頻，即由每一個(gè)密匙決定載波的一個(gè)排列次序用密匙來(lái)作為隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的預(yù)置，按約定好的時(shí)間間隔選用不同的載波。每一載波使用的典型時(shí)間大約為10-20ms。由于載波的變化將非常頻繁，所以在無(wú)線(xiàn)電通信的接收設(shè)備與發(fā)射設(shè)備之間必須要實(shí)現(xiàn)載頻的同步切換，由此使得接收方避免因沒(méi)有在指定的時(shí)刻改變載頻頻率而導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。

作為舉例，對(duì)于一段給定長(zhǎng)度N的信號(hào)S，利用FFT將其變換到頻域上后得到信號(hào)P；P的長(zhǎng)度也為N；P中編號(hào)為I(I<＝N/2時(shí))，當(dāng)I大于N/2時(shí)，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，I點(diǎn)的頻率與N-I點(diǎn)的頻率相同。P中點(diǎn)值表示原信號(hào)在此點(diǎn)頻率處的分量大小。通過(guò)FFT將其變換到頻域上，在頻域上進(jìn)行頻率的搬移，然后利用IFFT變換回到時(shí)域上，則聲音信號(hào)的頻率從300～3400變?yōu)?300+F)～(3400+F)。

對(duì)應(yīng)的，使用該算法逆向的操作則實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的解密。

二、DTMF協(xié)商密碼方案。

本實(shí)例中采用相應(yīng)DTMF編碼器進(jìn)行密碼協(xié)商。該DTMF編碼器基于兩個(gè)二階數(shù)字正弦波振蕩器，一個(gè)用于產(chǎn)生行頻，一個(gè)用于產(chǎn)生列頻。向DSP裝入相應(yīng)的系數(shù)和初始條件，就可以只用兩個(gè)振蕩器產(chǎn)生所需的八個(gè)音頻信號(hào)。

由于典型的DTMF信號(hào)頻率范圍是700～1700Hz。同時(shí)，由于CCITT規(guī)定每秒最多按10個(gè)鍵，即每個(gè)鍵時(shí)隙最短為100MS，其中音頻實(shí)際持續(xù)時(shí)間至少為45MS，不大于55MS，時(shí)隙的其他時(shí)間內(nèi)保持靜默，因此按鍵產(chǎn)生雙音頻信號(hào)時(shí)，相繼的兩個(gè)信號(hào)間隔一段時(shí)間；解碼器利用這個(gè)時(shí)間識(shí)別出雙音頻信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信息，而且要識(shí)別出間隙信息。

據(jù)此，本實(shí)例中選取8000Hz作為采樣頻率，基于8000Hz的采樣頻率，能夠確保系統(tǒng)獲取DTMF信息，并且靈敏反應(yīng)，由于通常手機(jī)一次按鍵在100ms以上，這樣在用戶(hù)在連續(xù)按鍵時(shí)能夠取得正確信息。

在此基礎(chǔ)上，本實(shí)例中使用隨機(jī)倒頻點(diǎn)，該倒頻點(diǎn)隨機(jī)范圍同時(shí)滿(mǎn)足DTMF的傳輸要求，也滿(mǎn)足語(yǔ)音加密過(guò)程中倒FFT過(guò)程的值域。

具體的為，本實(shí)例中使用隨機(jī)加密撥號(hào)的方式，根據(jù)撥號(hào)用戶(hù)點(diǎn)擊隨機(jī)加密撥號(hào)鍵，以按鍵信息作為隨機(jī)種子生成隨機(jī)倒頻點(diǎn)，例如生成隨機(jī)數(shù)字為2758，則使用2758的頻率作為DTMF信號(hào)將倒頻點(diǎn)發(fā)送給接收方，接收方手機(jī)接受該倒頻點(diǎn)后開(kāi)始加密語(yǔ)音通信。

由此，本實(shí)例中進(jìn)行主動(dòng)協(xié)商式加密模擬語(yǔ)音通信的整體流程如下(參見(jiàn)圖1)：

(1)DTMF協(xié)商密碼；

發(fā)送方手機(jī)使用隨機(jī)加密撥號(hào)的方式，根據(jù)撥號(hào)用戶(hù)點(diǎn)擊隨機(jī)加密撥號(hào)鍵，以按鍵信息作為隨機(jī)種子生成隨機(jī)倒頻點(diǎn)F；并使用該頻率作為DTMF信號(hào)將倒頻點(diǎn)發(fā)送給接收方手機(jī)。

(2)處理音信信號(hào)；

發(fā)送方手機(jī)利用DAC處理時(shí)長(zhǎng)為P的音頻信號(hào)。

(3)加密處理；

3.1)對(duì)處理得到的DAC處理時(shí)長(zhǎng)為P的音頻信號(hào)，取出長(zhǎng)為N幀的信號(hào)；

3.2)使用使用F頻率對(duì)長(zhǎng)為N幀的信號(hào)進(jìn)行FFT(傅里葉變換)，將其變換到頻域上，在頻域上進(jìn)行頻率的遷移；

3.3)利用IFFT(逆傅里葉變換)回到時(shí)域上；

3.4)將變換后的數(shù)據(jù)回寫(xiě)，恢復(fù)至完整的音頻信號(hào)。

(4)將經(jīng)處理倒頻加密的音頻信號(hào)發(fā)送至運(yùn)營(yíng)商，由其傳輸至接收方手機(jī)。

由上實(shí)例可知，本實(shí)例通過(guò)將頻域倒頻加密通訊與DTMF密碼協(xié)商相結(jié)合，在此基礎(chǔ)上具體采用生成隨機(jī)密碼自動(dòng)通過(guò)DTMF發(fā)送，不需要用戶(hù)按鍵，從而有效實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)在當(dāng)前移動(dòng)通訊(非安全信道)不被竊聽(tīng)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。