基于特征加密的抗压缩编码语音加密技术研究

Security of Speech communication systems is facing serious threat, so people are paying more attention to end-to-end speech encryption techniques. To meet the need of end to end speech encryption development and applications, this project focuses on the research of anti-comrpression speech encryption theories and techniques basing on feature encryption. In this project, various speech compression algorithms and all kinds of speech features are analyzed ， and the process of speech analysis-feature encryption-speech synthesis is adopted to encrypt speech. Chaos system is used for feature encryption in real domain. Security of speech encryption is analyzed from both cryptography and speech signal characteristic aspects. Furthermore, a universal anti-compression speech encryption method based on feature encryption is researched for secure speech communications. Expection of this project is to construct necessary basis on theory, methods and techniques for wide applications of high quality secure speech communications.

语音通信系统存在的严重安全隐患使端到端的加密语音加密技术受到了人们的关注。本课题针对端到端语音加密技术的发展和应用需求，基于语音特征加密方法研究抗压缩编码的语音加密基本理论和关键技术。该课题拟充分利用语音信号的特性，在对各种语音压缩编码算法和语音特征进行深入分析的基础上，使用语音分析-特征加密-语音合成的过程实现语音加密，使其能够抵抗通信系统中的语音压缩编码；对于特征加密，则利用混沌系统直接在实数域实现；从密码学和语音信号特性两方面对于语音加密的安全性进行分析，并针对现代语音通信系统，研究基于特征加密的通用型抗压缩编码语音加密方法，为语音保密通信的广泛应用提供理论支撑。期望通过本项目的研究，能够完善端到端语音加密理论和技术，提供抗压缩编码的语音加密新方法，为高质量语音保密通信的广泛应用建立必要的理论、方法和技术基础。

语音通信系统存在的严重安全隐患使端到端的加密语音加密技术受到了人们的关注。本课题针对端到端语音加密技术的发展和应用的需求，利用语音信号的特性研究抗压缩编码的语音加密技术。.首先通过分析各类语音特征参数对语音的作用和影响、各参数间的相互影响，以及语音编码和混音对语音参数的影响等等，发现语音特征之间存在较强的相互影响、相互作用，因而直接对目标语音提取语音特征，对特征参数加密并使用加密后的特征参数合成出加密语音的加密方式，会使语音特征发生很大的改变，造成解密时无法对加密语音正确解密。因此，通过另一种思路解决这一问题，即利用声音的掩蔽效应，根据目标语音的基音特征使用相应的掩蔽语音对目标语音进行加密。通过构建按照基音参数分类并排序的掩蔽语料库，根据密钥计算每个目标语音帧对应的序号，按照序号从语料库中取出相应掩蔽语音帧，由掩蔽语音帧和目标语音帧的线性运算完成语音加密过程的方式，加密语音基本完整地保留了语音的各种特征，可以在各种语音通信系统传输。解密时根据同样的密钥从语料库中获得掩蔽语音帧，通过掩蔽语音帧和目标语音帧的线性逆运算恢复出目标语音。实验结果表明该方法有较好的加密效果。.在基于声音掩蔽的加密方法基础上，设计了通用语音加密通信系统。对于使用波形编码的语音通信系统，使用基于声音掩蔽的加密方法可以很方便地实现语音的端到端加密。对于使用参数编码、混合编码的语音通信系统，要解密出较高质量的语音，则需要对语音编码和信道影响造成的语音畸变进行补偿。此外，通信系统利用密钥管理中心对用户及通信终端进行管理，并且使用一次一密的方式增强安全性。.语音加密由于语音信号本身的特性，安全性分析方法也与普通数据加密有所不同。从加密语音的剩余可懂度的分析、原始语音和加密语音的相关性分析，以及抵抗各种攻击的能力这几方面来评价语音加密的安全性，并对基于声音掩蔽的语音加密方法的安全性加以分析。