话音码流的加解密算法研究

This project is addressed with speech encryption and decryption problems by the theory and methods of modern cryptology. The study of basic theory problems and the designing of practical algorithms are included. The inputs and outputs of the algorithms that are addressed in this project are those speech data streams that have strong interosculates, not that of meaningless bit streams as in common encryption or decryption algorithms. With the existent basic theory, methods and results about speech coding sufficiently, and using general principle and special techniques used in the designing method for modern block cipher algorithms, the project will transform the sampled data stream of speech obtained in a little time segment into another new speech data stream. The basic technical strategy adopted in the project is, firstly, the speech data stream will be analysed by some way, then the encryption processing for the analysed speech data stream will be completed by the controlling of a secret key, at last the transformed encrypted stream will be synthesized into a new speech data stream. The study contents addressed in this project in fact have launched out some new problems and are expanding the knowledge boundary for the research of modern cryptology. Using the designed encryption algorithm obtained by this project the secure speech end to end communication problem for those networks that some speech parameter coding method used can be easily solved.

本项目利用现代密码学理论和方法研究话音码流的加密和解密问题，包括基本理论研究和具体算法设计。本项目所研究的关于话音码流的加密和解密算法，其输入和输出都是数据之间有着强烈内在联系的话音码流，而不是通常的没有意义的比特串。本项目将充分借鉴已有的关于语音信号和语音编码的基本理论、方法及成果，使用现代分组密码算法设计的一般原理和特定技巧，对一小段时长内话音的采样码流，在密钥参数控制下完成变换加密，生成新的话音码流。项目研究中采用的基本技术路线是，首先通过一定方式表示话音码流，然后在密钥控制下对表示后的话音码流做加密处理，最后把加密后的表示形式合成为新的话音码流。本项目提出的研究内容不仅为现代密码学的研究提出了新问题、拓宽了研究边界，具有很好的理论意义，而且利用所设计的加密算法可以解决含语音参数编码算法通信网络中点对点的保密通话问题，具有非常重要的应用价值。

移动通信系统诞生于20世纪70年代，历经4代迅猛发展，正在向5G演进，与人们工作和生活的关系越来越密切，并在政治、军事、金融、外交等领域均扮演着重要的角色，与此同时，安全也成为移动通信面临的一个严峻问题。目前移动话音保密从保密传输通道上可划分为三种：网络通道传输、话音通道传输和移动传输协议专用传输通道。本项目提出采用语音通道传输，与手机制式无关，理论上可做到全网通，适应性较强。面向移动通信领域对语音传输的要求及特点，比如，对语音信号的实时性、音质性能的要求较高，加密语音的传输过程中必须经过语音编码、调制等过程，提出话音码流的加密解密算法的设计问题，期望实现语音码流空间到语音码流空间之间的加解密变换。. 人类语音中包含的信息可分为两类，一是语言内容，二是与说话人特质相关的内容。为解决语音信号的模糊性与现代加密算法精确性之间的矛盾，定义了语音信号的完全相似和完全不相关的概念。用时域信号s(t)表示人的语音，对语音信号s(n)和s’(n)，如果他们的语言内容完全一致，则称它们是完全相似的。如果从他们辨析出的语言内容交集为空，则称他们是完全不相关的。. 针对不同的语音编码信道设计了对应的有效抗移动通信语音编码标准的加密算法，并进行了分析评估：. • 由于语音信号具有“短时平稳性”，对应的表现出时变频率分布特性，据此，提出了基于语音短时频率分布的频域置乱方案。. • 给出了利用混沌系统产生的随机序列作为密钥来对AMR语音编码过程中的LPC参数进行加密的算法。. • 对若干传统的频域置乱方案：频带倒置和离散频谱上彻底置乱、多帧分组内置乱、多帧分组间置乱等在端到端语音加密环境下的性能进行了比较，设计了一种结合各方案优点基于人声基音频率的频域置乱方案，加密和解密的综合效果有所提升。. • 给出了一种基于信道模型的类语音调制算法，建立3G系统依赖的AMR编码器频幅响应模型，把加密数据利用OFDM技术调制在载波上，从而实现声码器信道传输。