基于模拟语音的加密技术研究

摘要

近年来，随着通信网络的不断发展和移动通信技术的不断完善，人们在日常生活中对手机等通信设备的应用越来越广泛，而语音信息作为移动通信网络中传输的最主要信息，其传输过程中的安全问题引起了越来越多的关注。在传统的语音传输系统中，语音信息采用移动通信网中现有的安全机制进行加密以确保通话信息不被泄露，是否加密以及加密密钥都是由运营商控制的。随着业务量的增加，通信系统愈加复杂，其中一些核心的加密算法也遭到破解，原来的安全机制出现不少漏洞，用户的通信安全得不到较好的保证，因此，为了保证端到端通信安全，需要一种由用户控制是否加密并掌握密钥的加密方法对语音信号进行加密，使得语音信号在进入移动通信网之前就进行加密。本文在研究GSM（Global System for Mobile communication，全球移动通信系统）通信系统工作流程和RPE-LTP（Regular Pulse Excitation-Long Term Prediction，规则脉冲激励长期预测）声码器特性的基础上，设计了一种用于手机声码器之前的模拟语音加密系统，并通过仿真验证了该系统的可行性，所取得的主要研究成果为：
　　1.本文在分析GSM语音传输系统工作流程及RPE-LTP声码器编解码原理的基础上，通过借鉴传统语音加密技术的思想以及满足加密语音在移动话音通道中传输所需要的三个基本条件：加密语音满足声码器输入要求、加密语音对有损压缩编码不敏感以及加密语音可以对抗VAD（Voice Activity Detection，语音活动检测）检测，对加密算法进行理论分析，提出了一种语音加密方案，以保证进入GSM系统前的加密语音在通过声码器后不会出现明显失真。
　　2.设计了一种基于GSM系统的模拟语音加密算法。本算法首先在发送端对模拟语音进行采样、分帧和分组。然后，将语音信号变换到频域对其频谱进行置乱，达到频域加密的目的。最后，将语音信号变换到时域，并打乱组内帧顺序，从而得到可以在移动话音通道中传输的模拟加密语音。在发送端也可在语音信号的频谱中插入伪谱来改变原始信号的频谱以掩盖语音信号的音调特征。在接收端，对解码后的加密语音进行与加密过程相对称的解密。本算直接对模拟的语音信号进行加密，加密后的语音信号能够对抗移动通信网络中的有损压缩，更好的保证了GSM通信系统中端到端的安全通信。
　　3.设计并实现了端到端语音加密系统仿真平台。基于该平台，成功进行了加密语音传输实验，并对实验结果进行了分析。实验结果证实了本文设计的加密算法是有效且安全的，验证了端到端语音加密系统方案的可行性。

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第一章 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 论文章节结构

第二章 GSM基础和本文方案简介

2.1 GSM系统简介

2.2 语音信号采样分帧

2.3 加密技术介绍

2.4 伪谱加密简介

2.5 声码器介绍

2.6 本文系统设计

2.7 本章小结

第三章 模拟语音加密算法设计

3.1 原始模拟语音信号处理

3.2 频域置乱算法

3.3 伪谱的插入和滤除

3.4 时域帧置乱与同步

3.5 本章小结

第四章 算法实现与仿真结果分析

4.1 发送端加密仿真结果分析

4.2 接收端解密仿真与分析

4.3 AMR声码器下的系统仿真

4.3 本章小结

第五章 研究结论和展望

5.1 研究结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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