語(yǔ)音通信保密系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)語(yǔ)音通信過(guò)程中的安全性問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的通信保密系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要分為保密發(fā)送模塊與保密接收模塊，可以實(shí)現(xiàn)普通通話與保密通話兩種功能，通過(guò)運(yùn)用單片機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)密鑰從而實(shí)現(xiàn)同步保密通訊。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)通信保密的功能，且可實(shí)現(xiàn)模塊小型化，便于制成保密度較高的通信保密工具。
關(guān)鍵詞：語(yǔ)音通信；測(cè)試；單片機(jī)；保密

現(xiàn)在的社會(huì)是一個(gè)高度信息化的社會(huì)，手機(jī)、可視電話、多媒體、網(wǎng)上視頻聊天等多種語(yǔ)音視頻通信方式日益普及化。伴隨而來(lái)的是通信安全問(wèn)題，隨著當(dāng)今社會(huì)通信技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)聽(tīng)、盜聽(tīng)等一系列安全問(wèn)題不斷出現(xiàn)，如何有效地保護(hù)好語(yǔ)音通信的安全、防止信息被竊聽(tīng)成為了時(shí)下人們討論以及研究的焦點(diǎn)，因此，針對(duì)這些問(wèn)題，各種語(yǔ)音保密電路以及加密器件應(yīng)運(yùn)而生。如今，通信保密技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民間通信與軍事科技通訊中。
本文從低成本角度考慮，以51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?yàn)橐话阃ㄐ叛b置進(jìn)行通信活動(dòng)提供安全保障的語(yǔ)音通信保密系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過(guò)設(shè)置密鑰，來(lái)確保通信內(nèi)容的語(yǔ)音發(fā)送加密和語(yǔ)音接收解密，保障在兩個(gè)通信設(shè)備之間通信時(shí)，通過(guò)該系統(tǒng)的保障，可以防止語(yǔ)音內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上被其他通信系統(tǒng)所攔截竊聽(tīng)。

1 總體方案設(shè)計(jì)
總體方案是通過(guò)保密總開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信過(guò)程中的保密控制，整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)普通通信和保密通信兩種功能。語(yǔ)音通信保密設(shè)計(jì)的總體系統(tǒng)框圖如圖1所示。其具體設(shè)計(jì)思路是：由單片機(jī)及一些外圍元件組成的保密電路模塊，一個(gè)作為保密模塊的發(fā)送端，一個(gè)作為保密模塊的接收端。在語(yǔ)音通信過(guò)程中，發(fā)送裝置的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)保密模塊的發(fā)送端與接收端再到語(yǔ)音接收裝置，在發(fā)送端與接收端之間用竊聽(tīng)裝置竊聽(tīng)。只要系統(tǒng)啟用保密控制開(kāi)關(guān)，那么系統(tǒng)將進(jìn)入保密通信之中，竊聽(tīng)者只能聽(tīng)到失真的語(yǔ)音，這樣就達(dá)到了系統(tǒng)的功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
語(yǔ)音通信保密系統(tǒng)主要由語(yǔ)音保密模塊、發(fā)送端單片機(jī)模塊、接收端單片機(jī)模塊及相關(guān)顯示功能電路組成。
2．1 語(yǔ)音保密模塊電路設(shè)計(jì)
語(yǔ)音保密模塊在通信保密系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)對(duì)模擬的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行置亂與去亂的技術(shù)。模塊采用日本AKM開(kāi)發(fā)的AK2356，這是一種專門用于電話通信保密的基于CMOS工藝的集成電路芯片，24個(gè)引腳，有直插式的也有貼片式的，隨后又發(fā)展成了不同型號(hào)，該芯片采用頻率倒置這種語(yǔ)音保密技術(shù)，即把語(yǔ)音信號(hào)的高頻部分和低頻部分進(jìn)行交換，在主頻確定的情況下，可以改變載頻控制開(kāi)關(guān)(13腳和14腳)的狀態(tài)來(lái)選擇四種不同的頻率，從而實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音加密。AK2356通過(guò)與一些外圍元件的組合形成了基本通用型保密電路模塊，其具體電路圖如圖2所示。

2．2 發(fā)送端單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)
上述構(gòu)建的語(yǔ)音保密模塊雖然能實(shí)現(xiàn)通信的保密功能，但由于僅有4種語(yǔ)音加密方式，容易被破譯，為了克服這種問(wèn)題，引入單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)隨機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)同步密鑰，控制語(yǔ)音保密模塊從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加密。
從成本等角度考慮，選用了STC89C51這種低功耗、高性能8位微型控制器，再加上一些外圍所需的元件以及與AK2356相連接所需的控制端口，即完成了發(fā)送端單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)。單片機(jī)P1．1、P1．2口分別連接芯片AK2356的兩個(gè)頻率選擇開(kāi)關(guān)，同時(shí)又分別連接兩個(gè)LED燈，通過(guò)LED燈的亮暗來(lái)顯示究竟使用了哪一種調(diào)制、解調(diào)頻率。單片機(jī)P2．0口作為加密控制開(kāi)關(guān)，通過(guò)按下與否來(lái)表示是否使用語(yǔ)音加密功能。一旦系統(tǒng)使用了加密功能，P2．0口按下，單片機(jī)內(nèi)部程序檢測(cè)到P2．0口被按下，那么與AK2356加密控制端連接的P2．1口就會(huì)起作用，使芯片AK2356處于語(yǔ)音加密狀態(tài)。單片機(jī)P3．2口用于發(fā)送同步碼。
2．3 接收端單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)
單片機(jī)的P1．1、P1．2口還是分別連接芯片AK2356的頻率選擇開(kāi)關(guān)，同樣在P1．1、P1．2口可以分別連接兩個(gè)LED燈，通過(guò)LED燈的亮暗來(lái)顯示究竟使用了哪一種調(diào)制、解調(diào)頻率。P2．0口用于控制AK2356加密控制端，而單片機(jī)的P3．0以及P3．1口通過(guò)內(nèi)部程序用來(lái)檢測(cè)并接收發(fā)送端單片機(jī)模塊電路產(chǎn)生的同步碼。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
為了系統(tǒng)調(diào)試的方便性，系統(tǒng)軟件方面主要包含發(fā)送端子程序、編碼發(fā)送子程序、同步碼子程序、接收端子程序等幾部分獨(dú)立模塊的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

在要進(jìn)行保密通信的過(guò)程中，保密發(fā)送端的單片機(jī)通過(guò)不斷調(diào)用鍵盤(pán)掃描程序?qū)纹瑱C(jī)的P2．0口進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，若掃描到其為低電平，則說(shuō)明保密控制按鍵被按下，然后單片機(jī)的P2．1口會(huì)置為低電平，即啟動(dòng)語(yǔ)音加密，接下來(lái)系統(tǒng)會(huì)對(duì)AK2356的兩個(gè)頻率選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)行隨機(jī)置位，單片機(jī)隨即會(huì)讀出兩個(gè)頻率選擇開(kāi)關(guān)的電平值，根據(jù)兩者的電平狀態(tài)來(lái)選取對(duì)應(yīng)的脈沖編碼數(shù)目，然后執(zhí)行編碼發(fā)送程序發(fā)送同步碼信息，最后由單片機(jī)的P3．2口發(fā)送同步脈沖信號(hào)。