基于嵌入式的语音加密技术研究

摘要

在社会信息化的进程中，信息已经成为现代社会发展的重要资源，计算机网络技术的普及加快了信息的传播与方便了信息资源的共享。在一个开放性的网络中，如何保障信息的安全越来越多的引起人们的关注。语音信号是人们最基本的交流方式之一，语音通信在整个社会的应用中越来越普遍，个人、企业、国家在某些场合都需要对语音进行加密处理，因此对语音的加密技术研究是很有必要的。在现实中，对语音信号的加密处理一般是进行压缩处理，对压缩后的语音数据再采用本文加密技术进行加密。由于语音信号具有冗余度高的特点，对语音信号运用本文加密技术很难降低语音信号的冗余度，造成加密后的数据安全性不高。因此，寻找新的语音加密方法很有必要。
　　本课题根据盲源分离技术完成语音的加密方法。盲源分离技术是指在对信号的传输通道未知的情况下，根据源信号的统计特征，仅从观测信号中恢复原始信号的过程。由于盲源分离能完成未知传输通道信号的分离，可以应用多组语音数据进行混合，来改变语音信号的冗余度，再对混合后的语音信号进行盲源分离，实现语音信号的加解密。由于盲源混合矩阵是可以随机选取的，混合的语音信号与原始语音信号不是一一对应的，增加了破解难度。盲源分离存在欠定分离的难题，在加密端进行信号的欠盲源混合，保证了信号不能被非法用户分离出来，保证了语音信号加密后的安全性。
　　针对盲源分离后的信号具有幅值、顺序不确定性的问题，在加密前对语音数据进行了分组的预处理，提取各组语音信号幅值、顺序的标识信息，在盲源分离后进行语音的恢复。在盲源混合的过程了加入密钥种子生成的伪随机数，既实现了对语音信号的遮掩又在加密过程中引入了密钥。根据盲源混合矩阵的可分离性，改进了欠定盲源混合矩阵，使加密后的密文不能被分组分离，同时保证语音信号具有良好的遮掩效果。在解密端，针对盲源分离运算量大的特点，提出了降低盲源分离组数的快速盲源分离技术，根据信号的不相关性特点与已知盲源信号中混合的密钥信号，去除密文中伪随机数噪声序列，减少了盲源分离的组数，缩短了盲源分离的时间。
　　最后，基于FPGA设计了盲源语音加密硬件电路，构建了语音加密处理用的SOPC（可编程片上系统）系统，在嵌入式平台上完成了语音加密的软件设计，并完成了对整个电路的调试、测试。通过对盲源语音加密效果进行验证及安全性分析,得出欠盲源加密后的密文具有不可破解性的结论。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 相关技术现状

1.3 课题主要研究内容

第2章 盲源分离技术分析及总体思路

2.1 盲源分离的数学模型

2.2 盲源分离的先验条件及不确定性分析

2.3 盲源函数的分离的方法

2.4 快速独立成分分离算法

2.5 盲源分离算法实现过程

2.6 总体思路

2.7 本章小结

第3章 系统硬件的设计

3.1 硬件系统的总体框图

3.2 硬件电路设计

3.3 电路设计及调试

3.4 本章小结

第4章 欠盲源语音加密算法的研究

4.1 语音信号的分组处理过程

4.2 基于盲源分离的双重加密

4.3 欠定盲分离源语音加密

4.4 对欠盲源混合矩阵的改进

4.5 基于欠盲源语音加密快速解法

4.6 对快速盲源分离算法的仿真验证

4.7 本章小结

第5章 语音加密的软件设计及加密分析

5.1 SOPC系统的构建

5.2 加密端加密程序设计

5.3 解密算程序设计

5.4 欠盲源语音加密的验证

5.5 欠定盲源语音加密的安全性分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢