GSM手機(jī)端到端安全加密通信系統(tǒng)(08-100)

　　此外，為了實(shí)現(xiàn)作品能夠通過(guò)手機(jī)的語(yǔ)音接口實(shí)現(xiàn)即插即用，我們對(duì)手機(jī)配件的耳麥線路進(jìn)行了改造。

　　整個(gè)語(yǔ)音加解密軟件包括語(yǔ)音分解算法模塊，語(yǔ)音加解密算法模塊，類語(yǔ)音合成算法模塊三部分。其中語(yǔ)音分解幀大小為20ms，加解密處理幀數(shù)為28，最后實(shí)現(xiàn)抗RPE-LTP壓縮的語(yǔ)音加解密。語(yǔ)音信號(hào)同步模塊用于為加密后的語(yǔ)音提供同步。我們選取一幀正弦波序列作為同步頭，每196幀數(shù)據(jù)插入一幀同步頭序列，在接收端用相同正弦波序列進(jìn)行檢測(cè)。

　　此外，我們通過(guò)減小加解密算法的復(fù)雜度并采用DMA技術(shù)以減小通話時(shí)延。回聲抑制和自適應(yīng)同步檢測(cè)算法的應(yīng)用可以提高通話語(yǔ)音的質(zhì)量。

　　6 結(jié)果與測(cè)試

　　本作品測(cè)試時(shí)需兩部手機(jī)，測(cè)試地點(diǎn)需有中國(guó)移動(dòng)或中國(guó)聯(lián)通的信號(hào)覆蓋。測(cè)試工具為Cool Edit軟件以及matlab軟件，前者主要用于錄音及時(shí)域分析，后者則用于頻域分析。

　　測(cè)試點(diǎn)位置參見(jiàn)圖6.1。其中的語(yǔ)音加密模塊包含了語(yǔ)音分解、加密和合成算法。我們對(duì)抽樣量化后的語(yǔ)音A、加密后的語(yǔ)音B、經(jīng)RPE-LTP編解碼后的語(yǔ)音C，以及解密后的語(yǔ)音D分別進(jìn)行了測(cè)試比較。

　　圖6.1 語(yǔ)音加密算法測(cè)試流程圖

　　6.1 加密語(yǔ)音剩余可懂度

　　比較A處和B處的語(yǔ)音波形，可以看出加密后語(yǔ)音與原始語(yǔ)音有很大差別。通過(guò)比較B處和C處的語(yǔ)音波形，可以看出加密語(yǔ)音通過(guò)RPE-LTP編碼器過(guò)后的變化不是很大，可見(jiàn)本作品的加密算法具有抗RPE-LTP壓縮編碼特性。

　　我們請(qǐng)了10位同學(xué)(5男5女)每人閱讀5段不同的短文，并在閱讀的同時(shí)對(duì)加密語(yǔ)音中可以聽(tīng)懂的字?jǐn)?shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

　　結(jié)果說(shuō)明加密語(yǔ)音剩余可懂度小于0.12%。

　　6.2解密語(yǔ)音可懂度

　　通過(guò)A、D兩處語(yǔ)音實(shí)測(cè)波形圖比較可知，在時(shí)域上和頻域上失真度均不是很大。

　　同樣，我們請(qǐng)了10位同學(xué)(5男5女)每人閱讀5段不同的短文，并在閱讀的同時(shí)對(duì)解密語(yǔ)音中可以聽(tīng)懂的字?jǐn)?shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

　　結(jié)果說(shuō)明解密語(yǔ)音可懂度大于99.8%。

　　6.3其他指標(biāo)

　　加密強(qiáng)度方面，由于我們作品最終選取的參數(shù)為加密處理幀數(shù)28幀，有效FFT點(diǎn)數(shù)為87，利用前述加密強(qiáng)度的公式 ，可以得到本算法加密強(qiáng)度為2.23×1033，這與3DES算法的強(qiáng)度相當(dāng)。

　　本作品對(duì)通話接通率基本沒(méi)有影響，較之基于數(shù)據(jù)信道技術(shù)的手機(jī)要高出很多。

　　本作品的接通延遲為5~6秒，通話延遲為0.6~0.7秒，較之基于數(shù)據(jù)信道技術(shù)的手機(jī)延遲性能有明顯改善。

　　7 總結(jié)

　　本作品的創(chuàng)新點(diǎn)與特色主要體現(xiàn)在以下幾方面：

　　* 設(shè)計(jì)了一種基于語(yǔ)音信道抗RPE-LTP壓縮編碼的加解密算法，實(shí)現(xiàn)端到端安全加密通信，克服了基于數(shù)據(jù)信道技術(shù)的缺點(diǎn);

　　* 結(jié)合DSP開(kāi)發(fā)板和自制的語(yǔ)音編解碼拓展電路板，可實(shí)現(xiàn)全雙工通信;

　　* 外掛式設(shè)計(jì)使得作品通過(guò)手機(jī)語(yǔ)音接口實(shí)現(xiàn)即插即用;

　　* 作品通話延遲小，加密強(qiáng)度大，解密語(yǔ)音可懂度高;

　　* 作品網(wǎng)絡(luò)兼容性強(qiáng)，可跨越不同運(yùn)營(yíng)商的不同網(wǎng)絡(luò);

　　* 作品網(wǎng)絡(luò)拓展性強(qiáng)，可以修改適用到3G系統(tǒng)當(dāng)中;

　　* 無(wú)需對(duì)手機(jī)和核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造, 不依賴于具體手機(jī)，移植性強(qiáng);

　　* 用戶不需要額外開(kāi)通業(yè)務(wù)，運(yùn)營(yíng)商可使用原有的語(yǔ)音資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn);

　　若能在硬件上集成化、芯片化，制成一種GSM端到端語(yǔ)音加解密模塊，針對(duì)手機(jī)的語(yǔ)音接口即插即用，就可以很容易實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化，因此本作品具有很好的使用價(jià)值。

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　　[10] Texas Instruments Incorporated.TMS320VC5503/5507/5509/5510 DSP Direct Memory Access (DMA) Controller Reference Guide.2007

　　[11] Texas Instruments Incorporated.TMS320VC5501/5502/5503/5507/5509 DSP Inter-Integrated Circuit (I2C) Module Reference Guide.2005

　　[12] Texas Instruments Incorporated.TLV320AIC23B Data Manual.2004

　　GSM手機(jī)端到端安全加密通信系統(tǒng)(200字)點(diǎn)評(píng)

　　該作品從手機(jī)用戶的輸入輸出端入手，將語(yǔ)音信號(hào)在采集端進(jìn)行加密，在安全通訊中有創(chuàng)意。作品從實(shí)時(shí)傳輸角度設(shè)計(jì)語(yǔ)音加解密算法，以及有效的同步傳輸機(jī)制，完成程度好。在測(cè)試中加密語(yǔ)音剩余可懂度小于0.12%，解密語(yǔ)音可懂度高達(dá)99.8%，安全性高。作品充分有效地利用了競(jìng)賽所提供的硬件設(shè)備。作品保障了在通訊過(guò)程的安全性，無(wú)需改動(dòng)原手機(jī)終端，實(shí)現(xiàn)了透明的語(yǔ)音安全通訊，有很好的實(shí)用價(jià)值。