数字语音真实性的主动取证及其安全性研究

用于鉴别数字媒体完整性、真实性和原始性的数字取证技术已成为国内外近年来的前沿课题，目前该方面的重要进展多集中在图像取证上，而面向数字语音的研究还较少。鉴于目前数字语音的应用日益广泛，而在开放式的通信环境中，篡改传输和存储的语音数据变得相对容易，语音记录来源也较难认证。因此，确保终端语音真实性是实现敏感语音安全传输和存储的关键一环。根据目前数字化语音信息处理和保护的要求，针对现有数字语音取证还存在适用性受限、安全性不够、语音来源身份信息难于追踪等问题，本项目从主动防御角度出发，拟展开数字语音真实性的主动取证及其安全性研究。主要研究内容包括：（1）能区分内容保持操作和恶意篡改的高可靠性语音水印取证算法研究；（2）基于身份信息感知哈希技术的语音来源身份真实性的取证研究；（3）低比特率取证信息码的研究；（4）基于离散分数变换的语音水印取证系统安全性研究。研究成果将数字化语音安全提供理论和技术支持。

数字取证技术已成为国内外近年来的前沿课题，目前该方面的重要进展多集中在图像取证上，而面向数字语音的研究还较少。鉴于目前数字语音的应用日益广泛，而在开放式的通信环境中，篡改传输和存储的语音数据变得相对容易，语音记录来源也较难认证。因此，确保终端语音真实性是实现敏感语音安全传输和存储的关键一环。针对现有数字语音取证还存在适用性受限、安全性不够、语音来源身份信息难于追踪等问题，本项目从主动防御角度出发，基于半脆弱音频水印、数字指纹和感知哈希技术，在数字语音内容和来源身份真实性鉴别的主动取证方案设计及安全性分析方面开展了大量研究。取得的重要结果包括：（1）提出了一种基于伪Zernike矩的抗特征分析替换攻击的语音内容真实性取证算法，具有较好的不可听性，能区分常规信号处理和恶意攻击，同时具有准确的篡改定位能力；（2）提出了一种基于语音回声和背景噪声特征的语音录音环境取证算法，在司法取证、提供案件侦破线索等方面具有重要科学意义；（3）提出了一种基于贝塞尔-傅里叶矩的抗去同步攻击的语音主动取证算法，与现有的基于同步码的认证水印方法相比，该算法在抗插入和删除等去同步攻击的同时，提高了水印系统的安全性，同时水印嵌入效率和容量性能也得到改善；（4）提出了一种基于数字指纹和频域统计特征的语音内容真实性主动取证方案，实现了对数字语音部分内容恶意篡改的安全性准确定位，同时可区分常规的语音信号处理；（5）提出了一种用于音频认证的基于NMF和MDCT的感知哈希算法，相比现存的基于频谱能量和小波分解的感知哈希算法，该算法FAR-FRR曲线的区分性更好，在感知鲁棒性和抗碰撞能力上有显著提高；（6）分析了DCT、DWT和SVD域音频水印幅值变化规律，有助于改善水印系统的安全性和提高嵌入效率；（7）提出了一种基于生物指纹图像感知哈希的音频源认证方案，取证数据量小，适应于语音低速率传输的特点；（8）提出了一种面向云环境的密文语音内容取证算法，可使委托的第三方在不知语音内容的情况下直接对密文语音进行零知识取证，在保障云环境下的敏感语音安全方面具有重要科学意义。课题组在国内外重要学术期刊上发表相关论文30 篇，在国际国内重要学术会议上分组报告或展示论文15 篇，所发表的论文SCI 收录15 篇、EI 收录19 篇，完成国家发明专利3 件。1名博士生荣获四川省优秀博士学位论文，3名硕士生荣获校优秀硕士学位论文。