專利名稱：一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信的端到端語音加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于低速窄帶無線通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，可應(yīng)用于多種體制的數(shù)字移動通信系統(tǒng)。這里以DMR數(shù)字集群系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。1)端到端加密語音編碼方案在進(jìn)行明語通信時，DMR系統(tǒng)選用了碼率為2. 4Kbps的語音編碼算法。采用端到端語音加密時，為了傳遞語音幀序列號，本發(fā)明需要占用60ms語音幀中的15bits。這樣， 60ms語音編碼后的數(shù)據(jù)長度需縮短為129bits，即采用端到端加密時實際語音編碼速率降為2. 15Kbps。用于端到端加密的語音幀結(jié)構(gòu)，如

圖1所示。15bits的語音幀序列號可以支持的通話時長為215X60ms = 32. 768分鐘。2)同步控制幀同步控制幀包含了初始向量IV、密鑰索引KI以及密碼校驗和CCSUM，其具體結(jié)構(gòu)如表1所示。表1同步控制幀結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，其特征在于，包含以下步驟步驟1 端到端加密通信前的準(zhǔn)備；步驟2 主叫方在端到端加密通信開始時，首先發(fā)送呼叫控制信令及端到端語音加密同步控制幀，然后開始連續(xù)發(fā)送攜帶語音幀序列號的加密語音；在通信持續(xù)的過程中，主叫方仍可周期性地發(fā)送呼叫控制信令及端到端語音加密同步控制幀，以保證遲后進(jìn)入的被叫方也可以解密語音；步驟3 被叫方在接收到呼叫控制信令及合法的同步控制幀后，立刻進(jìn)入端到端語音解密流程，將攜帶語音幀序列號的加密語音還原成明文語音。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，其特征在于，所述步驟1中包含如下兩個部分(1)在主被叫方設(shè)備中分別設(shè)置安全時鐘防止攻擊者篡改時間，并通過特定的安全機制保證安全時鐘與標(biāo)準(zhǔn)時鐘的誤差在端到端語音加密機制的允許范圍之內(nèi)；(2)建立并維護(hù)端到端加密密鑰映射表，通過查詢該表，確定端到端加密所使用的密鑰；對于個呼，由主被叫方身份來確定密鑰；對于組呼，由被叫方身份來確定密鑰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，其特征在于，所述步驟2流程如下(1)主叫方根據(jù)通話基本信息構(gòu)造呼叫控制信令并發(fā)送；(2)主叫方根據(jù)通話基本信息確定通信加密密鑰TEK和密鑰索引KI；由隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生初始向量IV ；從主叫方本地的安全時鐘提取通話發(fā)起時間T ；計算同步控制幀密碼校驗和CCSUM ；構(gòu)造同步控制幀并發(fā)送；(3)主叫方對一次通話中的每幀語音，按時間先后順序指定一序列號；以語音幀序列號、初始向量IV以及時間T作為加密算法輸入，計算出加密各語音幀的密鑰流；每幀語音與對應(yīng)的密鑰流異或后，與其語音幀序列號拼接后發(fā)送。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，其特征在于，所述密鑰流依靠同步向量來實現(xiàn)同步，所述同步向量由三部分組成(1)初始向量IV;(2)通話發(fā)起時安全時鐘的時間T；(3)語音幀序列號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，其特征在于，安全時鐘的誤差要求可以根據(jù)初始向量的長度來確定；初始向量越短，對安全時鐘的誤差要求越苛刻；如果初始向量足夠長，則可不使用安全時鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，其特征在于，同步向量中的初始向量IV、安全時鐘的時間T在一次通話中保持不變，語音幀序列號隨語音幀的變化而變化；初始向量IV通過控制信令發(fā)送；語音幀序列號隨著語音數(shù)據(jù)一起發(fā)送；通話發(fā)起時安全時鐘的時間T不直接發(fā)送，被叫方將通過校正算法確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，其特征在于，所述步驟3具體的流程包括(1)被叫方從呼叫控制信令中獲取通話基本信息；(2)被叫方從控制信令中獲取同步控制幀；根據(jù)通話基本信息和同步控制幀中的密鑰索引KI選擇通信加密密鑰TEK ；從被叫方本地的安全時鐘提取當(dāng)前時間Tk ；根據(jù)時間Tk及同步控制幀密碼校驗和CCSUM，利用校正算法確定通話發(fā)起時間T ；從同步控制幀中提取初始向量IV;(3)被叫方從每幀語音中提取語音幀序列號；以語音幀序列號、初始向量IV以及時間T 作為加密算法輸入，計算出解密各語音幀的密鑰流；每幀語音與對應(yīng)的密鑰流異或后，即可獲得解密語音。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，其特征在于，被叫方確定通話發(fā)起時安全時鐘的時間T的校正算法為(1)被叫方在收到同步控制幀后，驗證密碼校驗和CCSUM時，使用被叫方安全時鐘的當(dāng)前時間Tk及鄰近時間(即前一個時間Tk-I以及后一個時間Τκ+1)分別進(jìn)行嘗試；(2)如果嘗試驗證CCSUM時均發(fā)生錯誤，則丟棄該同步控制幀；否則，使用令該CCSUM 校驗正確的時間作為組成同步向量的時間Τ，進(jìn)行后續(xù)的解密操作。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，其主要思想是，將一次通話過程中的同步控制信息分成兩部分一部分在整個通話過程中不變，另一部分則隨著語音幀不斷變化。其中，不變的部分通過控制信令發(fā)送，變化的部分隨著語音數(shù)據(jù)一起發(fā)送。這樣，需要頻繁發(fā)送的同步控制信息被有效地減少了。本發(fā)明中所提的同步機制具有以下優(yōu)點(1)避免了語音中斷的問題，保證了語音的連貫性。(2)在通話過程中，不需要頻繁的進(jìn)行同步控制信息的合法性校驗，有效地提高了同步效率。(3)避免出現(xiàn)多個連續(xù)的語音幀無法解密的情況。(4)解決了低速窄帶無線通信系統(tǒng)中由于承載能力有限而引發(fā)的問題。
文檔編號H04B7/26GK102404729SQ20111029163
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者周昕, 朱振榮, 王為民, 蔣慶生, 錢志紅, 陳妍 申請人:公安部第一研究所, 北京中盾安全技術(shù)開發(fā)公司, 北京迅安網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有限責(zé)任公司