嵌入型多通道信号手机加密通信装置及算法编码方法与流程

本发明属于手机保密通信领域，尤其是涉及一种嵌入型多通道信号手机加密通信装置及算法编码方法。

背景技术：

目前全球手机市场采用的通信都是单通道即一张SIM卡呼叫另一张SIM卡的方式完成，窃听者可以很容易的从某一通道获取全部通话信息，新闻上也屡屡曝出窃听事件。手机通信方面，尤其是涉及到公安部、国防军工、国家领导人等特殊保密行业和人时，其安全保密性显得特别重要。此前，我研究室发表的一篇专利《一种基于多通道信号碎片化传输技术的手机通信保密机制》，在此基础上，本发明提出了一种实现多通道信号手机加密机制的具体算法，并在此算法基础上，设计出了一种嵌入型多通道信号手机加密装置，这种装置可以是普通商用手机的单通道SIM卡前端嵌入加密芯片而来，也可以是针对特殊领域制作的多通道手机，多张SIM卡前端嵌入加密芯片而来。本发明不仅在碎片化物理加密的基础上进行了算法加密，而且还在保证低延迟率的基础上提高了信号压缩比，改善了语音信号质量，大大提高了使用者的用户体验质量。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种嵌入型多通道信号手机加密通信装置及算法编码方法，尤其是侧重在手机通信中的多通道化和加密算法，以解决日益凸显的手机通信安全隐患问题。

为达到上述目的，本发明提供一种嵌入型多通道信号手机加密通信装置，包括：多通道语音信号手机发射部分和通过通信卫星或基站与多通道语音信号手机接收部分进行信号传输；

该多通道语音信号手机发射部分包括：

一第一手机芯片；

一第一加密芯片，其一端与第一手机芯片双向连接；

多张第一手机SIM卡模块，其一端分别与算法编码模块的另一端双向连接；

一发射天线，其一端与多张第一手机SIM卡模块的另一端双向连接；

该多通道语音信号手机接收部分包括：

一接收天线；

多张第二手机SIM卡模块，其一端分别与接收天线双向连接；

一第二加密芯片，其一端分别与多张第二手机SIM卡模块的另一端双向连接；

一第二手机芯片，其与第二加密芯片的另一端双向连接。

本发明还提供一种嵌入型多通道信号手机加密通信装置中的第一加密芯片的算法编码方法，包括：

步骤1：将第一手机芯片接收的信号进行格式转换；

步骤2：将格式转换的信号经过缓存、滤波后进行差值处理，得到差值信号ΔS_n，ΔS_n＝S_n-S_n-1；

步骤3：差值处理后，差值信号除以量化语音码书平均功率，以此获取增益g_n；

步骤4：在获取绝对增益g_n后，在增益码书中寻找与g_n最接近的相对增益值G_n；

步骤5：在处理语音信号中，用差值信号除以相对增益，获得绝对量化语音h_n；

步骤6：在获得绝对量化语音h_n后，在量化语音码书中寻找最接近h_n的相对量化语音码矢量H_n；

步骤7：将h_n和H_n两个矢量相减进入判决，以最小二乘法为原则，若H_n是码书中最接近h_n的码矢量，则进入密码书的搜索，若不是，则继续进行码矢量的搜索；

步骤8：增益矢量和量化语音码矢量根据密码书的地址和内容获取相对应的密码矢量；

步骤9：经过密码书搜索后，密文进行随机打散，并加入顺序同步信号，得到的随机密文信号再经过SIM卡和发射天线发射出去；

其中ΔS_n差值信号、S_n是格式转换后的语音信号，g_n是增益信号、G_n是增益码矢量、h_n是量化语音信号、H_n是量化语音码矢量。

本发明又提供一种嵌入型多通道信号手机加密通信装置中的第二加密芯片的算法解码方法，包括：

步骤1：在多张SIM卡中接收到的密文传入缓存后，按照同步信号合成有顺序的密文信号；

步骤2：根据密文信号获取密文中的增益密码和语音密码；

步骤3：将获取到的增益和语音信号密文进行密码书搜索；

步骤4：根据同步的密码书内容、地址变换，得到增益码矢量；

步骤5：根据同步的密码书内容、地址变换，得到量化语音码矢量；

步骤6：将获得的增益码矢量和量化语音码矢量结合，合成语音信号；

步骤7：将合成的语音信号经过滤波后，进行信号格式转换，将语音信号转换成手机可以识别的信号模式。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1.本发明与传统商用手机的单通道通信相比，通信信号以随机离散的方式通过多个通道到达对方装置中，在物理层面上提高了截获全部通信信息的难度。即便是用于单通道商用手机改装而来的装置中，加密芯片的最后一步密文随机打散，也在时域上形成了密文的随机离散分布，确保信息的碎片化。

2.本发明在原有的物理层多通道加密机制的基础上，又添加了算法加密，通过实时变换的密码书地址指针和定期变换的密码书内容，使得整个密文处于随机实时变化，且无规则可寻，大大提高了手机加密的安全性，使得窃听者即使千方百计获得所有通道的密文，也无法破解密文中的内容，相当于给整个手机加密装置加上了双保险。而采用短时变换的密码书寻址和长时变换的密码书内容更新相结合的方式，也简化了算法的复杂度，提高了加密芯片的工作效率，满足了高密度低功耗手机设备的特定要求。

3.本发明的算法部分参考ITU-T G.728国际通信标准，算法技术成熟，压缩比较高，且优化了通信质量，提高了用户体验度。

4.本发明并不改变任何商用手机芯片的物理层元器件和手机芯片内部软件程序，仅仅在手机芯片的后端嵌入加密芯片，装置改造方便，隐蔽性高，可以在不改变任何商用手机外观、显示界面、手机功能等的前提下改装制成加密手机，直接跳过手机供应商、芯片供应商和通信供应商的制约，植入性高。

附图说明

为了进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明详细说明如后，其中：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中第一加密芯片的算法编码流程图。

图3是本发明中第二加密芯片的算法解码流程图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种嵌入型多通道信号手机加密通信装置，包括：多通道语音信号手机发射部分和通过通信卫星或基站与多通道语音信号手机接收部分进行信号传输；

该多通道语音信号手机发射部分包括：

一第一手机芯片10；

一第一加密芯片11，其一端与第一手机芯片10双向连接；

多张第一手机SIM卡模块12，其一端分别与算法编码模块11的另一端双向连接，该多张第一手机SIM卡模块12的数量大于或等于1，且接收部分的第二手机SIM卡模块31的数量和发射部分的第一手机SIM卡模块12的数量相同，相互之间通过呼叫对方号码的方式一一对应；且每张手机SIM卡模块都具备呼叫对方号码，也可以被对方手机SIM卡模块呼叫的功能，且手机SIM卡可以是全球任何一个或多个通信运营商提供的手机卡；

一发射天线13，其一端与多张第一手机SIM卡模块12的另一端双向连接；

该多通道语音信号手机接收部分包括：

一接收天线30；

多张第二手机SIM卡模块31，其一端分别与接收天线30双向连接；

一第二加密芯片32，其一端分别与多张第二手机SIM卡模块31的另一端双向连接；

一第二手机芯片33，其与第二加密芯片32的另一端双向连接。

其中，算法编码部分和算法解码部分分别都集成在第一、第二加密芯片11、32中，所述第一、第二加密芯片11、32是嵌入第一手机芯片10、第一SIM卡模块12、第二手机芯片33和第二SIM卡模块31中间，且具有处理速率和处理能力，满足算法编解码的所有需求。

请参阅图2并结合参阅图1所示，本发明提供一种嵌入型多通道信号手机加密通信装置中的第一加密芯片11的算法编码方法，包括：

步骤1(S111)：将第一手机芯片10接收的信号进行格式转换；

步骤2(S112)：将格式转换的信号经过缓存、滤波后进行差值处理，得到差值信号ΔS_n(ΔS_n＝S_n-S_n-1)；

步骤3(S113)：差值处理后，差值信号除以量化语音码书平均功率，以此获取增益g_n；

步骤4(S114)：在获取绝对增益g_n后，在增益码书中寻找与g_n最接近的相对增益值G_n；

步骤5(S115)：在处理语音信号中，用差值信号除以相对增益，获得绝对量化语音h_n；

步骤6(S116)：在获得绝对量化语音h_n后，在量化语音码书中寻找最接近h_n的相对量化语音码矢量H_n；

步骤7(S117)：将h_n和H_n两个矢量相减进入判决，以最小二乘法为原则，若H_n是码书中最接近h_n的码矢量，则进入密码书的搜索，若不是，则继续进行码矢量的搜索；

步骤8(S118)：增益矢量和量化语音码矢量根据密码书的地址和内容获取相对应的密码矢量；

步骤9(S119)：经过密码书搜索后，密文进行随机打散，并加入顺序同步信号，得到的随机密文信号再经过SIM卡和发射天线发射出去。

其中ΔS_n差值信号、S_n是格式转换后的语音信号，g_n是增益信号、G_n是增益码矢量、h_n是量化语音信号、H_n是量化语音码矢量。

请参阅图3并结合参阅图1所示，本发明提供一种嵌入型多通道信号手机加密通信装置，其中第二加密芯片32的算法解码方法，其特征在于，包括：

步骤1(S321)：在多张SIM卡中接收到的密文传入缓存后，按照同步信号合成有顺序的密文信号；

步骤2(S322)：根据密文信号获取密文中的增益密码和语音密码；

步骤3(S323)：将获取到的增益和语音信号密文进行密码书搜索；

步骤4(S324)：根据同步的密码书内容、地址变换，得到增益码矢量；

步骤5(S325)：根据同步的密码书内容、地址变换，得到量化语音码矢量；

步骤6(S326)：将获得的增益码矢量和量化语音码矢量结合，合成语音信号；

步骤7(S327)：将合成的语音信号经过滤波后，进行信号格式转换，将语音信号转换成手机可以识别的信号模式。

其中，为了保证算法低延迟率和简化复杂度，增益码书中码矢量应该是3bit表示，其中第一比特位是符号位；量化语音码书中的语音码矢量应该是7bit表示，这样合成的语音用210位来表述，既能够准确表述语音变量，又满足国际语音算法16kbps的标准。

其中，增益码书内容和量化语音码书内容是固定不变的，因此量化语音码书平均功率也是固定不变的，它们均存储于加密芯片的寄存器中。

其中，密码书地址指针是随网络时钟实时变换的，密码书的内容是定期更换的，为了满足双向通信的要求，每部手机的密码书地址指针变换规则都是一致的，且每部手机中密码书内容也需要一致。

其中，密文随机打散并加入的顺序同步信号中，应含有对每个碎片密文顺序的标识内容，密码书地址指针变量的网络时钟信息这两个部分。

其中，嵌入式算法编码模块缓存器中存储的语音信号组S_n，当n＝1时为第一个采样点，即默认S₀＝0，其值存储于加密芯片嵌入式算法解码模块的寄存器内。

以上所述的具体实施方法对于本发明的目的、技术方案和技术效果进行了进一步详细的说明，所应理解的是，以上所叙述的仅对于本发明的具体实施方法而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。