專利名稱：一種能夠隱藏通話語音的保密通信方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息安全領(lǐng)域。更具體地說，涉及一種能夠隱藏通話語音的保密通信方法和裝置。
背景技術(shù)：
電話已經(jīng)在世界范圍內(nèi)普遍使用，利用公共通信網(wǎng)進行話音通信成為人們?nèi)粘Ｉ钪惺制匠５囊环N交流方式。隨著公共通信網(wǎng)的不斷擴大，人們對它的安全性考慮也越來越多，比如政府或軍隊內(nèi)部保密信息的通信要求，以及個人隱私對保密通信的要求等。
中國專利公開號為CN1549490的申請案，該發(fā)明原理為通信雙方在通話前進行相互的身份認證和安全的密鑰交換來實現(xiàn)通話時語音信號的保密傳輸。該方法可以解決通信過程中的重放攻擊、語音模仿攻擊以及通信后發(fā)生抵賴行為的問題，但該方法加密后的語音流在信道中以噪聲方式傳輸，易被攻擊者發(fā)現(xiàn)并進行攻擊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種能夠隱藏通話語音的保密通信方法和裝置。需要保密的語音在發(fā)送端被隱藏于公開傳輸?shù)恼Z音中進行傳輸，到達接收端再將保密的語音從公開傳輸?shù)恼Z音中提取并恢復(fù)出來，從而實現(xiàn)語音保密通信的功能。本裝置既可作為保密電話終端代替現(xiàn)有的通用電話終端，也可以進行日常的普通通信。
本發(fā)明中在公共通信網(wǎng)公開傳輸?shù)恼Z音的質(zhì)量很高，因而需要保密的語音隱蔽性很高，竊聽方很難發(fā)覺，即使在公共通信網(wǎng)的交換中心也無法檢測出保密語音的內(nèi)容，只能檢測到公開傳輸?shù)恼Z音的內(nèi)容，因此可有效解決公共通信網(wǎng)絡(luò)中語音易被竊聽的問題。
一次典型的語音保密通信過程可以描述為用戶撥打?qū)Ψ诫娫挘唤蟹秸獧C后，雙方首先協(xié)商保密通信中所需的參數(shù)，包括公開傳輸?shù)恼Z音名稱及頻域變換算法(例如離散小波變換、離散余弦變換等算法)，保密傳輸語音的壓縮算法(例如MELP、LPC等)。然后，主叫方發(fā)送需要保密傳輸?shù)恼Z音，本裝置將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并分組壓縮后隱藏到公開傳輸?shù)恼Z音中，隱藏了保密語音的公開傳輸?shù)恼Z音被轉(zhuǎn)換為模擬信號在公共通信網(wǎng)上傳輸；被叫方收到該語音后，本裝置首先將該語音轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并從數(shù)字信號中恢復(fù)出壓縮后的保密傳輸?shù)恼Z音，將其解壓重組并還原出原始的保密語音。通話結(jié)束后，用戶掛機，本裝置清除通話參數(shù)信息，回到初始態(tài)，等待用戶再次使用。


圖1是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)圖；圖2是雙方通信前的協(xié)商過程圖；圖3是需要保密的語音在發(fā)送方和接收方的流向經(jīng)過圖；圖4是圖3中語音隱藏的過程圖；圖5是圖3中語音恢復(fù)的過程圖。
具體實施例方式
為了進一步說明本發(fā)明的原理及特征，以下結(jié)合附圖進行說明。
圖1是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)圖。
如圖1所示，本發(fā)明的硬件電路簡潔，其主要計算由微處理器完成。存儲器由flashmemory組成，存儲主控程序以及公開傳輸?shù)恼Z音，其中主控程序完成裝置的大部分功能，包括需要保密的語音的分組、重組、隱藏、恢復(fù)以及選擇公開傳輸?shù)恼Z音等；公開傳輸?shù)恼Z音由用戶通過輸入模塊選擇。編/解碼器完成電話對用戶語音的壓縮和解壓。話筒將聲音信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，送到A/D轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。D/A轉(zhuǎn)換模塊把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，送到聽筒還原成聲音信號。調(diào)制解調(diào)模塊將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號和將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，滿足電話網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊?。顯示模塊向用戶顯示當前的話機的狀態(tài)，提示操作步驟，顯示撥出號碼、通話時間、是否為隱藏通信、語音編碼及隱藏算法等用戶關(guān)心的內(nèi)容。輸入模塊提供撥號、選擇公開傳輸?shù)恼Z音、選擇語音壓縮以及保密語音的頻域變換算法等功能。
圖2是雙方通信前的協(xié)商過程圖。
雙方通信前的協(xié)商過程發(fā)生在被叫方應(yīng)答主叫方呼叫以后，雙方通話之前，具體步驟如下第一階段該階段用來初始化邏輯連接，步驟如下(1)這個過程由主叫方發(fā)起，并發(fā)送“主叫方開始連接”消息，該消息包括以下內(nèi)容a)保密傳輸語音的壓縮算法列表包含所有主叫方支持的語音壓縮算法名稱；
b)公開傳輸?shù)恼Z音名稱列表包含所有主叫方支持的公開傳輸語音名稱；c)頻域變換算法列表包含所有主叫方支持的頻域變換算法名稱。
(2)主叫方在發(fā)送了“主叫方開始連接”消息后，等待“被叫方開始連接”消息，如果被叫方響應(yīng)超時，則給出提示，并中斷握手。
(3)被叫方收到“主叫方開始連接”消息后，解析“主叫方開始連接”消息，得到其支持的“保密傳輸語音的壓縮算法列表、公開傳輸?shù)恼Z音名稱列表、頻域變換算法列表”，從中分別選擇一個適合自己的“保密傳輸語音的壓縮算法”、“公開傳輸?shù)恼Z音名稱”、以及“頻域變換算法”。
(4)被叫方向主叫方發(fā)送“被叫方開始連接”消息，該消息包括以下的內(nèi)容a)由步驟(3)選定的保密傳輸語音的壓縮算法f壓縮算法；b)由步驟(3)選定的公開傳輸?shù)恼Z音名稱M公開語音名稱；c)由步驟(3)選定的頻域變換算法f頻域變換算法。
第二階段該階段用于雙方確認連接已完成，步驟如下(1)主叫方接收“被叫方開始連接”消息后，向被叫方發(fā)送“主叫方完成”消息，該消息不包括任何參數(shù)，只用于通知被叫方已經(jīng)完成連接有關(guān)的通信參數(shù)的協(xié)商過程。
(2)被叫方收到“主叫方完成”消息后，給主叫方返回一個“被叫方完成”消息，該消息不包括任何參數(shù)，只用于通知主叫方已經(jīng)完成連接有關(guān)的通信參數(shù)的協(xié)商過程。
雙方通信前的協(xié)商過程至此結(jié)束，通信雙方已協(xié)商好相同的保密傳輸語音的壓縮算法、公開傳輸?shù)恼Z音名稱和頻域變換算法，可進行語音保密通信。
圖3是需要保密的語音在發(fā)送方和接收方的流向經(jīng)過圖。
需要保密的語音S從發(fā)送方傳送到接收方的處理步驟如下(1)在發(fā)送方將需要保密傳輸?shù)恼Z音S通過A/D轉(zhuǎn)換模塊后轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號；(2)將數(shù)字信號隱藏在公開傳輸?shù)恼Z音中(公開傳輸?shù)恼Z音在通信前的協(xié)商中由雙方選定)；(3)將隱藏后的公開傳輸?shù)恼Z音信號調(diào)制為模擬信號后發(fā)送到公共通信網(wǎng)；(4)語音到達接收方后，進行解調(diào)將其變?yōu)閿?shù)字信號；
(5)恢復(fù)出公開傳輸語音中相應(yīng)的隱藏語音；(6)將相應(yīng)的隱藏語音通過D/A轉(zhuǎn)換還原得到原始的語音S。
圖4是圖3中語音隱藏的過程圖。
將需要保密傳輸?shù)恼Z音S隱藏在公開傳輸?shù)恼Z音的步驟如下(1)依據(jù)通信前協(xié)商得到的公開語音名稱M公開語音名稱，從本裝置存儲器中檢索出相應(yīng)的公開語音PP＝{P(i)，0≤i≤T}(1)其中P(i)為
之間的整數(shù)，T為P的長度。
(2)將需要保密傳輸?shù)恼Z音S進行語音分組，形成一個語音分組流(S1，S2，...，Sn)，設(shè)Si為當前正在處理的分組。
(3)將Si經(jīng)過指定的語音壓縮算法壓縮后形成長度為L的壓縮語音Si′，L是壓縮后的語音分組的大小。
Si′＝f壓縮算法(Si)＝{si′，0≤i≤L} (2)其中si′為
之間的整數(shù)，L為Si′的長度。
(4)計算變換域系數(shù)CC＝f頻域變換算法(P)＝{C(i)＝f頻域變換算法P(i)，0≤i≤T} (3)(5)選取隱藏點K＝{j1，j2，...，jL}，K是P(i)中C(i)的絕對值較大的L個分量的下標集合。
(6)計算隱藏系數(shù)C′＝{C′(1)，C′(1)，...，C′(T)}C′(i)=C(i)*(1+a*Sj′),i∈K,K(j)=iC(i),i∉K-------(4)]]>其中1≤i≤T，a是常數(shù)，0≤a≤1，用來控制保密語音的隱藏度。其值越大隱藏度越強，承受攻擊能力就越好，但對公開傳輸?shù)恼Z音質(zhì)量的影響也相應(yīng)增大。
(7)計算隱藏了Si的公開傳輸?shù)恼Z音P′P′＝f頻域逆變換算法(C′)＝{P′(i)，0≤i≤T} (5)其中f頻域逆變換算法是f頻域變換算法的逆過程。
圖5是圖3中語音恢復(fù)的過程圖。
接收方恢復(fù)隱藏在公開傳輸語音P′中的保密語音的步驟如下
(1)依據(jù)通信前協(xié)商得到的公開語音名稱M公開語音名稱，從本裝置存儲器中檢索出相應(yīng)的公開語音P。
(2)如同發(fā)送方一樣，計算變換域系數(shù)C，如公式(3)所示。
(3)選擇隱藏點K＝{j1，j2，..，jL}，K是P(i)中C(i)的絕對值較大的L個分量的下標集合。
(4)計算隱藏系數(shù)C′C′＝f頻域變換算法(P′)＝{C′(i)＝f頻域變換算法P′(i)，0≤i≤T} (6)(5)還原隱藏在P′中的Si′Si′＝{(C′(K(i))/C(K(i))-1)/a，1≤i ≤L} (7)(6)解壓Si′得到隱藏在公開傳輸語音P′中的保密語音的原始語音分組SiSi＝f解壓縮算法(Si′) (8)其中f解壓縮算法是f壓縮算法的逆過程。
(7)重組Si，得到隱藏在公開傳輸語音P′中的完整原始語音S。
權(quán)利要求
1.一種能夠隱藏通話語音的保密通信方法，所述方法是通過帶有微處理器的數(shù)碼裝置實現(xiàn)的；所述數(shù)碼裝置包括微處理器、編/解碼器、調(diào)整解調(diào)器、存儲器、D/A，A/D轉(zhuǎn)換模塊、話筒、聽筒、顯示模塊和輸入模塊，其中，話筒、聽筒連接到D/A，A/D轉(zhuǎn)換模塊，其余模塊和微處理器相連；其特征在于，所述方法包括以下步驟主叫方與被叫方初始化邏輯連接并協(xié)商保密通信中所需參數(shù)的步驟；將需要保密傳輸?shù)恼Z音隱藏在公開傳輸?shù)恼Z音中的步驟；恢復(fù)隱藏在公開傳輸語音中的保密語音的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠隱藏通話語音的保密通信方法，其特征是，所述的主叫方與被叫方初始化邏輯連接并協(xié)商保密通信中所需參數(shù)的步驟包括以下步驟主叫方向被叫方發(fā)送保密傳輸語音的壓縮算法列表的步驟；主叫方向被叫方發(fā)送公開傳輸?shù)恼Z音名稱列表的步驟；主叫方向被叫方發(fā)送頻域變換算法列表的步驟；被叫方從主叫方的保密傳輸語音的壓縮算法列表中選擇一個保密傳輸語音的壓縮算法的步驟；被叫方從主叫方的公開傳輸?shù)恼Z音名稱列表中選擇一個公開傳輸?shù)恼Z音名稱的步驟；被叫方從主叫方的頻域變換算法列表中選擇一個頻域變換算法的步驟；主叫方向被叫方發(fā)送“主叫方完成”消息的步驟；被叫方向主叫方發(fā)送“被叫方完成”消息的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠隱藏通話語音的保密通信方法，其特征是，所述的將需要保密傳輸?shù)恼Z音隱藏在公開傳輸?shù)恼Z音中的步驟包括以下步驟發(fā)送方依據(jù)協(xié)商得到公開傳輸?shù)恼Z音P的步驟；將需要保密傳輸?shù)恼Z音S進行語音分組得到Si的步驟；將分組后的Si進行語音壓縮得到Si′的步驟；計算變換域系數(shù)C的步驟；選取隱藏點的步驟；計算隱藏系數(shù)C′的步驟計算隱藏了Si的公開傳輸?shù)恼Z音P′的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠隱藏通話語音的保密通信方法，其特征是，所述的恢復(fù)隱藏在公開傳輸語音中的保密語音的步驟包括以下步驟接收方依據(jù)協(xié)商得到公開傳輸?shù)恼Z音P的步驟；計算變換域系數(shù)C的步驟；選取隱藏點的步驟；計算隱藏系數(shù)C′的步驟；還原隱藏在P′中的Si′的步驟；解壓Si′得到保密語音的原始語音分組Si的步驟；重組Si得到完整原始語音S的步驟。
5.一種實現(xiàn)權(quán)力要求1所述的能夠隱藏通話語音的保密通信方法的裝置，包括微處理器、編/解碼器、調(diào)整解調(diào)器、存儲器、D/A，A/D轉(zhuǎn)換模塊、話筒、聽筒、顯示模塊、和輸入模塊，其中，話筒、聽筒連接到D/A，A/D轉(zhuǎn)換模塊，其余模塊和微處理器相連；其特征在于，所述裝置中存儲有公開傳輸?shù)恼Z音和保密通信需要的參數(shù)；微處理器控制調(diào)制解調(diào)器初始化邏輯連接并協(xié)商保密通信中所需參數(shù)；微處理器控制編/解碼器、存儲器和D/A，A/D轉(zhuǎn)換模塊，將需要保密傳輸?shù)恼Z音隱藏在公開傳輸?shù)恼Z音中和恢復(fù)隱藏在公開傳輸語音中的保密語音。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠隱藏通話語音的保密通信方法和裝置，其特征在于，被叫方響應(yīng)主叫方呼叫后，主叫方與被叫方首先初始化邏輯連接并協(xié)商保密通信中所需的參數(shù)，包括公開傳輸?shù)恼Z音名稱及頻域變換算法，保密傳輸語音的壓縮算法。接著，主叫方發(fā)送需要保密傳輸?shù)恼Z音，該保密語音被隱藏在公開傳輸?shù)恼Z音中進行傳輸；當公開傳輸?shù)恼Z音到達被叫方后，保密語音被恢復(fù)出來傳給被叫方，完成一次保密通信。本方法可以解決通信網(wǎng)絡(luò)中語音易被竊聽的問題，可以滿足政府、軍隊等相關(guān)部門對通信的安全性的要求。
文檔編號H04K1/00GK1645780SQ20051002029
公開日2005年7月27日 申請日期2005年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者李濤, 胡曉勤 申請人:四川大學(xué)