加密算法研究及其在数字对讲机上的实现

摘要

数字对讲机具有抗干扰能力强，通话质量好，频谱利用率高，灵活性高和易于集成等特点，是专用移动通信领域应用范围最广的移动终端。其主要应用于对指挥调度功能要求较高的部门和企业。对公安或者军队等语音安全通信要求较高的部门来说，为了防止语音信息在中间传输环节被窃听，研究数字对讲机中语音加密算法，使得语音以密文的形式传输，具有重大意义。
　　本课题着眼于混沌加密技术，设计了一种数字对讲机语音加密方法。混沌是确定性系统的一种貌似无规则运动。混沌系统具有初值敏感性和随机性等优点，利用混沌系统可以设计快速且安全的加密算法。近年来混沌理论及其应用也受到了密码学界的广泛关注。本文的主要研究工作包括如下：
　　1.本文首先介绍了数字对讲机语音加密的发展现状和趋势，阐述了混沌密码学和传统密码学的关系，分析了混沌密码学在数字对讲机语音加密中的可行性；进而研究了混沌密码学的相关理论，学习了混沌密码学的设计方法和理念。最后基于STM32硬件平台设计了数字对讲机语音加密系统。
　　2.针对语音加密，本文首先设计了一种基于Hénon映射和Logistic映射的动态变参数复合混沌系统。从初值敏感性、相关性、李雅普诺夫指数和随机性几个方面深入分析了该复合混沌系统。分析结果表明该系统能产生随机性好的密钥序列，可用于语音加密。然后设计了混沌加密算法，并在MATLAB平台上实现了对语音的加密和解密操作。实验结果表明，该算法具有较足够的密钥空间和较快的加密速度，能满足语音加密要求。
　　3.在此基础上，本文提出了一种数字对讲机实时语音加密方案。首先利用线性同余发生器及基于Chebyshev映射和Cubic映射的复合混沌系统设计了加密算法。然后提出了基于AMBE和CSP1027的声码器模块，主要实现了语音的采集和压缩编码，同时使得声码器模块的处理时延满足加密系统要求。最后在STM32开发平台实现了混沌语音加密算法，完成了语音加解密。经测试表明，该加密系统具有较高的安全性和较好的实时性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本文的研究内容和结构安排

第2章 混沌密码学及相关理论

2.1 混沌和混沌系统

2.2 混沌密码学理论

2.3 本章小结

第3章 基于动态变参数的复合混沌系统的语音加密算法

3.1 混沌系统用于流密码的可行性分析

3.2 复合混沌系统的理论设计

3.3 复合混沌系统性能分析

3.4 语音加密算法设计

3.5 加密性能分析与仿真结果

3.6 本章小结

第4章 数字对讲机语音加密方法设计

4.1 数字对讲机语音加密的基本原理

4.2 数字对讲机语音编码格式

4.3 混沌语音加密算法设计

4.4 具体加密算法

4.5 本章小结

第5章 数字对讲机语音加密方法软硬件实现

5.1 加密方法的整体方案

5.2 系统硬件设计

5.3 系统软件设计

5.4 系统性能测试

5.5 本章小结

第6章 结论

6.1 总结

6.2 下一步工作计划

参考文献

致谢

个人简历、及在学期间发表的学术论文与科研成果