專利名稱：語音加解密方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動通信領域的語音加密技術，具體涉及一種語音加解密方法。
背景技術：
近幾年來，移動通信技術高速發(fā)展，通信網(wǎng)絡的性能和功能也得到了顯著的提升。公眾移動通信網(wǎng)在經(jīng)歷了采用模擬語音信道的第一代移動通信網(wǎng)絡(IG)、采用數(shù)字信道的第二代移動通信網(wǎng)絡(2G)以及能夠提供最高2Mbit/S數(shù)據(jù)通信速率的第三代移動通信網(wǎng)絡(3G)，并且正向第四代移動通信網(wǎng)絡(4G)邁進。隨著數(shù)據(jù)傳輸方式的引入和普及，移動通信網(wǎng)絡也能提供眾多種類的服務，而在公眾體驗快速發(fā)展的移動通信帶來的好處的同時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩詥栴}也越來越多的引起了人們的注意。移動網(wǎng)絡的安全性問題主要有竊聽、偽裝、數(shù)據(jù)完整性破壞、抵賴等多種情況，其中最主要的安全威脅是竊聽。這使得除了普通的語音通信以外，許多機密和敏感話音信息不允許或者不敢采用移動通信的方式進行傳送，譬如公共安全、商業(yè)機密、政府和軍事情報等。然而，傳統(tǒng)的移動通信缺乏端到端的加密機制，移動網(wǎng)絡節(jié)點設備間傳輸?shù)臑榻?jīng)過模數(shù)轉換的明文信息，被竊聽的風險極高?，F(xiàn)有的移動通信過程一般經(jīng)歷手機端語音信號的模數(shù)轉換、編碼傳輸、基站解碼再編碼傳輸，手機端解碼數(shù)模轉換為語音信號等幾個過程。而現(xiàn)有的加密手段多在編碼過程之后進行加密，再通過基站的解密解碼再編碼再加密，這種加密方式是建立在核心網(wǎng)絡部分安全可信的前提下，因為只考慮了無線信道部分的安全，其明文信息對基站可見，導致系統(tǒng)不能為用戶提供端到端的安全通信。編碼后加密的方式不可否認的具有加密數(shù)據(jù)少，占用信道小等優(yōu)點，但其對基站透明的特點使得這種加密方式仍然存在被竊聽的風險。文獻“移動通信端到端語音傳輸安全問題與對策分析”中提出了一種利用調制解調的原理來實現(xiàn)編碼前加密的方法，以解決移動通信系統(tǒng)沒有為話音業(yè)務提供從發(fā)送端到接收端之間所有鏈路的全程安全保護的問題，以及聲碼器只能傳輸語音信號的問題。該方法的實現(xiàn)思路是發(fā)送端將加密語音數(shù)據(jù)看作語音參數(shù)索引，根據(jù)某種合適的合成語音產(chǎn)生模型，將輸入?yún)?shù)合成唯一的類語音波形輸出，再將加密語音送入移動通信系統(tǒng)，接收端對聲碼器輸出的類語音信號進行解調，恢復成原始已加密信息，送入解密模塊脫密后得到原始語音。然而，這種方法需要設計新的調制解調器，硬件設計實現(xiàn)產(chǎn)品周期長，受電路噪聲和器件參數(shù)影響較大；更為重要的是，這種方法只能對抗2G中使用的PRE-LTP編碼標準。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種語音加解密方法，該方法可保證移動通信系統(tǒng)的安全性，并能夠較好的對抗2G和3G標準中編碼問題對密鑰產(chǎn)生的影響?！N語音加密方法，包括以下步驟(I)對數(shù)字語音信號按設定的長度分段進行時域到頻域的變換；
(2)根據(jù)密鑰對轉換后的語音信號進行加密，具體包括以下子步驟(2-1)根據(jù)密鑰中的某些位增加或刪除語音信號的變換域中的頻率成分；(2-2)對改變后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行分組；(2-3)根據(jù)密鑰對分組后的頻率成分進行置亂；(3)對加密后的語音信號執(zhí)行變換域到時域的傅里葉變換，以得到加密后的時域信號。步驟(2-2)包括對改變后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行平均分組，每組的點數(shù)相同，余下不足的點數(shù)單獨作為一組，以得到分組后的變換域信號。步驟(2-2)包括對改變后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行分組，每組的點數(shù)不同，以得到分組后的變換域信號。步驟(2-2)包括通過算法找出所述變換域中的共振峰和能量集中區(qū)，并以二者的邊界為分組界限，以得到分組后的變換域信號。一種語音解密方法，包括以下步驟(1)將加密后的語音時域信號經(jīng)過一次或者多次編解碼后在接收端得到時域內的待解密語音信號；(2)根據(jù)加密時的采樣長度對待解密語音信號進行分段后，對每段執(zhí)行時域到變換域的轉換，然后組合變換后的信號；(3)根據(jù)相同的密鑰對轉換后的語音信號進行解密，具體包括以下子步驟(3-1)對變換域成分中的部分或全部有效點進行分組；(3-2)根據(jù)密鑰對分組后的頻率成分進行反置亂；(3-3)根據(jù)所述密鑰中的某些位增加或刪除所述反置亂后語音信號變換域中的頻率成分，得到解密后的變換域信號；(4)對解密后的變換域信號執(zhí)行變換域到時域的轉換，以得到解密后的時域信號，完成解密過程。步驟(3-1)包括對變換后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行平均分組，每組的點數(shù)相同，余下不足的點數(shù)單獨作為一組，以得到分組后的變換域信號。步驟(3-1)包括對變換后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行分組，每組的點數(shù)不同，以得到分組后的變換域信號。步驟(3-1)包括通過算法找出所述變換域中的共振峰和能量集中區(qū)，并以二者的邊界為分組界限，以得到分組后的變換域信號。本發(fā)明具有以下的優(yōu)點和有益效果1、本發(fā)明在能夠抗PRE-LTP編碼壓縮的同時，能夠很好的對抗3G通信中廣泛使用的AMR編碼壓縮；2、本發(fā)明加密方式為軟加密，能有效克服硬件加密所造成的研發(fā)周期長、抗干擾
性差等缺點。2、本加密方式可靈活地用軟件方式或硬件方式實現(xiàn)，步驟簡單，所需資源少。


圖1為本發(fā)明語音加密方法的流程圖。
圖2為本發(fā)明語音解密方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖I所示，本發(fā)明的語音加密方法包括以下步驟(I)對數(shù)字語音信號按設定的長度分段進行時域到頻域的變換；具體而言，按照移動通信的標準，采集到的數(shù)字語音信號A在現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(包括2G和3G網(wǎng)絡)中，是以20ms為一個單位幀(假設為A’)，采樣頻率為8KHz，進行傳輸?shù)模恳粠前凑站€性預測編碼(Linear Prediction Coding,簡稱LPC)算法進行壓縮,壓縮后即得到160個采樣點；根據(jù)特定采樣長度(在這里為160個點)對這些點執(zhí)行時域到變換域的傅里葉變換；即對數(shù)字語音信號A中任意一幀A’進行離散傅里葉變換，得到頻譜為160個點、跨度為0-8000HZ的離散譜B’，假設A經(jīng)過這樣的離散傅里葉變換后的變換域譜信號為B。
(2)根據(jù)密鑰對轉換后的語音信號進行加密；具體而言，對變換域譜信號B分幀按照密鑰進行加密，以得到加密后的頻譜信號E。這里說的分幀并不是說要求密鑰一幀一變，在本實施方式中，由于ITU-T規(guī)定通話可以有150ms以下的延遲，因此可以一幀為一組，也可以以兩幀或者四幀為一組和在一起進行加密。我們假設以N(N= 1,2,3,4)幀為一組，則離散譜B’為具有160XN個點的對稱結構，然后我們對離散譜B’的這160XN個點做以下操作(2-1)根據(jù)密鑰中的某些位增加或刪除(可以理解為增加的逆操作)離散譜B’中的頻率成分，得到改變后的變換域信號C’。這里的頻率成分可以是共振峰，也可以是其他頻率成分，但要注意添加后的音頻在時域上應該是歸一化的結果，否則在進行逆變換以后，超過I的點將被置I ;(2-2)對改變后的變換域信號C’中的除直流分量外的部分或全部點進行分組，得到分組后的變換域信號D’ ；在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(2-2)具體為對變換域信號C’頻率成分中的除直流分量外的部分或全部有效點(例如，假設變換域信號C’有160個點，去除第一個直流分量點，再考慮到對稱問題，變換域信號C’中的有效點就只有[(160-1)/2] = 79個)進行平均分組，每組的點數(shù)相同(假設每5個點一組)，余下不足的點數(shù)單獨作為一組(這樣就得到16組)，得到分組后的變換域信號D’。在本發(fā)明的另一個實施方式中，步驟(2-2)具體為對變換域信號C’頻率成分中的除直流分量外的部分或全部有效點(如上例為79個點)進行分組，每組的點數(shù)不同(假設每組點數(shù)分別為5，6，7，2，9，14，6，7，8，8，7，這樣就得到11組)，得到分組后的變換域信號D，。在本發(fā)明的另一個實施方式中，步驟(2-2)具體為通過算法找出變換域信號C’中的共振峰和能量集中區(qū)，并以二者的邊界為分組界限，得到分組后的變換域信號D’。例如，對上例中的這79個點進行分組時，先使用一些常用算法，找出其中的共振峰或者能量集中區(qū)，以它們的邊界為分組界限，讓分組后這些共振峰盡量不被拆散，這樣在進行有損傳輸后解密時，達到的效果會更好。(2-3)根據(jù)密鑰，對分組后的變換域信號D’進行組間置亂操作，得到置亂后的變換域信號E’，以達到加密的效果(3)對加密后的語音信號執(zhí)行變換域到時域的傅里葉變換，以得到加密后的時域信號。即對加密后的頻譜信號E’以每N幀為單位進行變換域到時域的逆傅里葉變換，組合后得到加密后的語音信號F，完成加密過程。如圖2所示，本發(fā)明的語音解密方法包括以下步驟(I)在加密過程中得到加密語音F后，送入聲碼器和移動通信核心網(wǎng)進行多次編解碼，然后在接收端得到時域內的待解密語音信號F0。根據(jù)移動通信的話音通信流程，加密語音F首先送入聲碼器完成信源編碼，編碼方式根據(jù)移動通信網(wǎng)絡制式的不同而有區(qū)別，值得提出的是，本發(fā)明提供的加密方法能夠適用于3G通信中廣泛采用的AMR編碼方式。信源編碼后經(jīng)過信道編碼、擴頻、調制等步驟后通過核心網(wǎng)發(fā)往基站，基站進行信道解碼、解擴、解調等步驟后，根據(jù)接收端信道質量進行二次編碼等操作，所以接收到經(jīng)過解碼后得到的待解密語音信號和F是有區(qū)別的。(2)對時域內的待解密語音信號按照加密時的每N幀進行時域到變換域的傅里葉變換，組合后得到待解密的頻譜信號E0。時域到變換域的傅里葉變換與加密過程中的步驟(I)相一致，均在分幀后采用離散傅里葉變換得到對稱離散譜。假設N幀變換后的頻譜信號為E0’。(3)對變換域譜信號EO分幀按照密鑰進行解密，以得到解密后的頻譜信號B0，具體步驟如下(3-1)對EO以加密時完全相同的方案進行分組，假設每一組為E0’ ；在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(3-1)具體為對變換后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行平均分組，每組的點數(shù)相同，余下不足的點數(shù)單獨作為一組，以得到分組后的變換域信號。在本發(fā)明的另一個實施方式中，步驟(3-1)具體為對變換后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行分組，每組的點數(shù)不同，以得到分組后的變換域信號。在本發(fā)明的另一個實施方式中，步驟(3-1)具體為通過算法找出變換域中的共振峰和能量集中區(qū)，并以二者的邊界為分組界限，以得到分組后的變換域信號。(3-2)根據(jù)解密方的密鑰(與加密方相同)，對E0’進行逆置亂操作，得到CO’。例如，假設加密時密鑰將原本按1，2，3，4，5排列的分組置亂為4，5，1，3，2，那么解密時的置亂就應該把1,2,3,4,5置亂為3,5,4,1,2。這樣就可以還原出加密前的順序；(3-3)根據(jù)密鑰，去除(或添上)CO’中在加密過程中添加(或去掉)的頻率成分，即得到解密后的變換域信號B0’ ；(4)對解密后的變換域信號B0’以每N幀為單位進行變換域到時域的反變換并進行拼接，以得到還原后的最終語音信號A0’，完成解密過程。
權利要求
1.一種語音加密方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)對數(shù)字語音信號按設定的長度分段進行時域到頻域的變換； (2)根據(jù)密鑰對變換后的語音信號進行加密，具體包括以下子步驟 (2-1)根據(jù)所述密鑰中的某些位增加或刪除所述語音信號的變換域中的頻率成分； (2-2)對改變后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行分組； (2-3)根據(jù)所述密鑰對分組后的頻率成分進行置亂； (3)對加密后的語音信號執(zhí)行變換域到時域的轉換，以得到加密后的時域信號。
2.根據(jù)權利要求I所述的語音加密方法，其特征在于，所述步驟(2-2)包括對改變后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行平均分組，每組的點數(shù)相同，余下不足的點數(shù)單獨作為一組，以得到分組后的變換域信號。
3.根據(jù)權利要求I中的語音加密方法，其特征在于，所述步驟(2-2)包括對改變后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行分組，每組的點數(shù)不同，以得到分組后的變換域信號。
4.根據(jù)權利要求I中的語音加密方法，其特征在于，所述步驟(2-2)包括通過算法找出所述變換域中的共振峰和能量集中區(qū)，并以二者的邊界為分組界限，以得到分組后的變換域信號。
5.一種語音解密方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將加密后的語音時域信號經(jīng)過一次或者多次編解碼后在接收端得到時域內的待解密語音信號； (2)根據(jù)加密時的采樣長度對待解密語音信號進行分段后，對每段執(zhí)行時域到變換域的轉換，然后組合變換后的信號； (3)根據(jù)相同的密鑰對轉換后的語音信號進行解密，具體包括以下子步驟 (3-1)對變換域成分中除直流分量外的部分或全部點進行分組； (3-2)根據(jù)所述密鑰對分組后的頻率成分進行反置亂； (3-3)根據(jù)所述密鑰中的某些位增加或刪除所述反置亂后語音信號變換域中的頻率成分，得到解密后的變換域信號； (4)對解密后的變換域信號執(zhí)行變換域到時域的轉換，以得到解密后的時域信號，完成解密過程。
6.根據(jù)權利要求4所述的語音解密方法，其特征在于，所述步驟(3-1)包括對變換后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行平均分組，每組的點數(shù)相同，余下不足的點數(shù)單獨作為一組，以得到分組后的變換域信號。
7.根據(jù)權利要求4所述的語音解密方法，其特征在于，所述步驟(3-1)包括對變換后的頻率成分中除直流分量外的部分或全部點進行分組，每組的點數(shù)不同，以得到分組后的變換域信號。
8.根據(jù)權利要求4中的語音解密方法，其特征在于，所述步驟(3-1)包括通過算法找出所述變換域中的共振峰和能量集中區(qū)，并以二者的邊界為分組界限，以得到分組后的變換域信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種語音加密方法，包括以下步驟對數(shù)字語音信號按設定的長度分段進行時域到頻域的變換，根據(jù)密鑰對變換后的語音信號進行加密，對加密后的語音信號執(zhí)行變換域到時域的轉換，以得到加密后的時域信號。本發(fā)明的方法可保證移動通信系統(tǒng)的安全性，并能夠較好的對抗2G和3G標準中編碼問題對密鑰產(chǎn)生的影響。本發(fā)明還公開了一種語音解密方法。
文檔編號H04L9/00GK102624518SQ20121005585
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權日2012年3月5日
發(fā)明者于志良, 徐競, 王祖喜, 羅丹, 胡漢平, 蘇德庭, 金堃 申請人:華中科技大學