专利名称：一种端到端加密语音处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于通信领域，涉及一种语音加密装置，尤其涉及一种端到端加密语
音处理装置。
背景技术：
为了保证数字通信系统的信息安全，需要采用加密的方法对传输的信息进行保护。端到端加密是数字通信系统中最常用的一种安全加密机制。端到端加密可分为端到端语音加密和端到端数据加密。端到端语音加密是指语音在发送端加密，在接收端解密，从而保证语音在收发双方之间的设备节点中不以明文形式存在。在传统的端到端语音加密方案中，安全加解密模块和语音编解码模块是完全独立的，加解密功能全部在安全模块中实现。参见图2所示，模拟语音信息通过A/D量化编码后进入语音编码模块，在语音编码模块中编码成为低速率的压缩语音流，送给安全加密模块。 安全加密模块负责生成密钥流，并且完成整个加密处理过程，将加密后的密文流送入信道编码模块进行信道编码，再进行成帧处理以及数字调制等操作，最后输入到射频模块，通过天线发送出去。在接收端，则进行一个反向的工作流程，安全解密模块生成密钥流，将密文流还原为明文流。在传统模式中，在发送端，先要将压缩语音流送入到安全加密模块中，安全加密模块产生密钥流以后，进行加密处理，再将密文语音流送回给信道编码模块进行下一步的信道编码。这样，在一个语音帧的加密过程中，安全加密模块与语音编码模块之间的交互数据量至少是编码后语音数据的两倍。同样，解密过程中安全解密模块与语音解码模块之间的交互数据量也至少是两倍的压缩语音数据。数据交互的通信时间加上产生密钥流的处理时间，会明显增加整个端到端语音信息处理的时延。
发明内容为解决上述问题，本实用新型提供一种端到端加密语音处理装置，加密操作并不是全部由安全加密模块完成，安全加密模块只负责提供每一个语音帧的密钥流，由语音处理模块来完成加密的同位异或操作，减少了语音处理模块与安全加密模块之间交互的通信数据量。在接收端，密钥流生成操作可与信道解码操作并行处理，降低了语音处理的时延， 提高了处理效率。进行端到端语音加密时，使用比明语通信略低的语音编码速率。发送方通过传送携带初始向量及密钥信息的同步控制帧信令，并且挤占语音帧中的部分信息位来传送端到端加密的语音帧序列号，接收方只需通过解析语音帧序列号就可以实现端到端语音解密。实现同步控制、处理灵活方便，实现简单。为实现上述目的，本实用新型是通过以下方案来实现一种端到端加密语音处理装置，包括编码模块、解码模块、安全加密模块和安全解密模块，其中所述编码模块由信源编码单元、同位异或单元、语音帧序列号拼接单元和信道编码单元顺序连接组成，安全加密模块分别连接同位异或单元和语音帧序列号拼接单元，安全加密模块为同位异或单元提供密钥流，为语音帧序列号拼接单元提供语音帧序列号；所述解码模块由信道解码单元、语音帧序列号提取单元、同位异或单元和信源解码单元顺序连接组成，所述安全解密模块分别连接同位异或单元和语音帧序列号提取单元，所述安全解密模块从语音帧序列号提取单元中获取语音帧序列号，为同位异或单元提供密钥流。在本实用新型所述的语音处理装置中，为了实现端到端语音加密的同步，通过降低语音编码速率，在发送端挤占语音帧中的部分信息位传送语音帧序列号，在接收端解析语音帧序列号。本实用新型使用基于比特流加密的流密码算法，加密速度快并且可以进行预计算。对于流密码算法，加密就是明文流与密钥流同位异或后生成密文流，解密就是密文流与密钥流同位异或后还原成明文流。将同位异或单元放到语音处理模块中，并且使用比明语通信略低的语音编码速率，通过在发送端挤占语音帧中的部分信息位传送语音帧序列号， 以及在接收端提取出每个语音帧的序列号，来实现端到端语音加密的同步。其中，语音帧序列号从收发双方约定好的一个初始值开始计数，逐帧加1。在发送端，模拟语音信息通过A/D量化编码后进入信源编码单元，在信源编码单元中编码成为低速率的压缩语音流，安全加密模块只负责生成密钥流和语音帧序列号，在语音处理模块中完成明文流与密钥流的同位异或，以及语音帧序列号的拼接操作后，将密文语音流送入信道编码单元进行信道编码，再进行成帧处理以及数字调制等操作，最后输入到射频模块，通过天线发送出去。在接收端，从天线接收到的信号通过射频模块、数字解调以及解帧处理模块，送到信道解码单元。由于流密码算法可以进行密钥流的预计算，因此可以在信道解码和提取序列号操作的同时，由安全模块预先计算密钥流。语音帧序列号提取出来后送给安全加密模块，安全模块只需要进行一个简单的比对，判断是否需要重新生成密钥流即可，明显降低了因生成密钥流而产生的等待时延。在语音处理模块中进行同位异或以及信源解码后，最后经过D/A数模转换，得到模拟语音信号。与现有技术相比，本实用新型的优点在于本实用新型将原本在安全加密模块和安全解密模块中完成的同位异或操作移到语音处理模块中，通过预先计算密钥流，使语音处理过程中的部分串行操作变成了并行操作，并且通过降低语音编码速率，在发送端挤占语音帧中的部分信息位传送语音帧序列号，以实现端到端语音加密的同步，具有时延低、安全性高、实现灵活方便等优点。同时，由语音编码模块来完成加密的同位异或操作，由语音解码模块来完成解密的同位异或操作，减少了编码模块与安全加密模块、解码模块与安全解密模块之间交互的通信数据量，降低了语音处理时延，提高了处理效率。
图1为本实用新型所述的端到端语音处理装置的结构示意图；图2为本实用新型背景技术所属传统端到端语音处理装置结构示意图。其中，图1中的序号为1-模拟语音、2-A/D转换单元、3-信源编码单元、4-同位异或单元、5-拼接单元、6-信道编码单元、7 —成帧、8-数字调制、9-射频模块、10-数字解调、 11-解帧、12-信道解码单元、13-提取单元、14-信源解码单元、15-D/A转换单元、16-安全加密模块、17-安全解密模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。下面以DMR数字集群系统为例，对本实用新型作进一步的详细说明。一种端到端加密语音处理装置，包括编码模块、解码模块、安全加密模块16和安全解密模块17，其中所述编码模块由信源编码单元3、同位异或单元4、语音帧序列号拼接单元5和信道编码单元6顺序连接组成，安全加密模块16分别连接同位异或单元4和语音帧序列号拼接单元5，所述安全加密模块16为同位异或单元4提供密钥流，为语音帧序列号拼接单元5提供语音帧序列号；所述解码模块由信道解码单元12、语音帧序列号提取单元 13、同位异或单元4和信源解码单元12顺序连接组成，所述安全解密模块17分别连接同位异或单元4和语音帧序列号提取单元13，所述安全解密模块17从语音帧序列号提取单元 13中获取语音帧序列号，为同位异或单元4提供密钥流。在明语通信时，DMR系统使用码率为2. 4Kbps的语音编码算法。采用端到端语音加密时，需要降低语音编码速率。占用每60ms模拟语音编码后语音数据中的15bits来传递语音帧序列号。这样，60ms模拟语音编码后的数据长度缩短为129bits，即采用端到端加密时实际语音编码速率降为2. 15Kbps。在发送端，模拟语音1信息通过A/D转换单元2的量化编码，生成SKHz采样， 16bits量化的PCM数据后进入信源编码单元3，在信源编码单元3中编码成为2. 15Kbps的压缩语音流，安全加密模块16负责生成129bits的密钥流和15bits的语音帧序列号，在同位异或单元4中完成明文流与密钥流的同位异或，并与拼接单元5完成语音帧序列号的拼接操作后，将密文语音流送入信道编码单元6进行前向纠错信道编码，得到3. 6Kbps的数据流，再进行成帧7处理以及数字调制8调制操作，最后输入到射频模块9，通过天线发送出去。在接收端，从天线接收到的信号通过射频模块9、数字解制10以及解帧11处理，将信号送到信道解码单元12进行前向纠错信道解码，通过提取单元13从每个语音帧中提取出15bits语音序列号，送给安全解密模块17。安全解密模块17内置计数器，从0开始计数，逐帧加1。在信道解码单元12解码和提取单元13提取语音帧序列号的同时，安全解密模块17预先计算好129bits的密钥流，语音帧序列号提取出来后，安全解密模块17只需要与计数器中的数值进行一个简单的比对，判断是否需要重新生成密钥流即可。在同位异或单元4进行同位异或以及信源解码单元14解码后，最后经过D/A转换单元15数模转换，还原得到模拟语音1。以上所述，仅为本实用新型中的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求1. 一种端到端加密语音处理装置，包括编码模块、解码模块、安全加密模块(16)和安全解密模块(17)，其特征在于所述编码模块由信源编码单元(3)、同位异或单元(4)、语音帧序列号拼接单元(5 )和信道编码单元(6 )顺序连接组成，所述安全加密模块(16 )分别连接同位异或单元(4)和语音帧序列号拼接单元(5)；所述解码模块由信源解码单元(12)、语音帧序列号提取单元(13)、同位异或单元(4)和信道解码单元(14)顺序连接组成，所述安全解密模块(17)分别连接同位异或单元(4)和语音帧序列号提取单元(13)。
专利摘要本实用新型公开一种端到端加密语音处理装置，所述装置的安全加密模块只负责提供每一个语音帧的密钥流，由语音处理模块来完成加密的同位异或操作。进行端到端语音加密时，发送方通过挤占语音帧中的部分信息位来传送端到端加密的语音帧序列号，接收方只需通过解析语音帧序列号就可以实现语音解密的同步。与现有技术相比，本实用新型的优势在于本实用新型将同位异或操作移到语音处理模块中，使语音处理过程中的部分串行操作变成了并行操作降低了语音处理时延，提高了处理效率；并且通过降低语音编码速率，在发送端挤占语音帧中的部分信息位传送语音帧序列号，以实现端到端语音加密的同步，具有时延低、安全性高、实现灵活方便等优点。
文档编号H04L9/06GK202050421SQ20102053865
公开日2011年11月23日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者史胜伟, 周昕, 朱振荣, 蒋庆生 申请人:公安部第一研究所, 北京中盾安全技术开发公司