[发明专利]一种语音信息安全通信方法

摘要

本发明公开了一种语音信息安全通信方法。通过利用基于系数量化的离散余弦变换域嵌入算法，保证通信的隐蔽性。通过使用选择性混沌加密算法对秘密语音进行加密，加密时，仅针对音频中的少数关键位进行加密，不仅显著提高了加密效率，而且保证了秘密语音内容的机密性。通过计算比较秘密语音的鲁棒消息认证码来判断秘密语音内容的完整性。在保证了语音通信本身的隐蔽性的同时，保证了语音通信内容的机密性和完整性，实现了安全的语音通信。

主权项

1.一种语音信息安全通信方法，包括语音发送过程和语音接收过程两部分，其特征在于：步骤一、发送端获取待发送语音并对其音频文件进行处理，具体如下：步骤1.1：获取语音，将获取到的音频文件称作秘密语音；步骤1.2：对所述秘密语音进行编码，流程如下：首先，根据编码的复杂程度，从所述秘密语音中读取一定量的音频样本，其中，编码复杂程度为开源Speex编码库所提供的参数；然后，将所取得的音频样本编码为Speex音频帧，将生成的Speex音频帧写入到新的Speex音频文件中；最后，判断是否已经读取所述秘密语音中的全部音频样本，若已经全部读取，则执行步骤1.3；否则继续读取下一批相同数量的音频样本并重复执行上述操作；如果在读取时，音频样本不足，未能读取与前述等量的音频样本，则按照实际读取到的音频样本进行操作；步骤1.3：对经步骤1.2编码产生的Speex音频文件进行解码，流程如下：首先，从所述Speex音频文件中读取1个Speex音频帧；之后，将这1个Speex音频帧解码为Speex音频样本；然后，将获取到的Speex音频样本写入新的Speex音频文件中；最后，判断是否已经读取全部的Speex音频帧，如果已读取全部的Speex音频帧，则执行步骤4；否则继续读取下一个Speex音频帧并执行上述操作；步骤1.4：对经步骤1.3解码产生的Speex音频文件，计算rMAC，流程如下：首先，对Speex音频文件中，以每1024个音频样本记为一个FFT帧，并对每个FFT帧分别进行傅里叶变换操作；然后，将人耳对声音的频率敏感范围300Hz-3300Hz中，按照每100Hz作为一个频率段，共将其划分为30个小频率段，并计算每个频率段的能量值；之后，读取密钥文件，密钥为以4个整数为一组，共128组的数据；而后，利用密钥和频率段能量值计算rMAC值，具体如下：其中k_m,1,k_m,2,t_m,1,t_m,2是作为密钥的随机选取的系数，均为非负整数；函数e(t,k)为能量函数，表示音频的第t个DFT帧中第k个频率段所具有的能量总和，即步骤1.4中所计算出来的能量值，t、k均为实数；m表示所产生rMAC的位，为非负整数，H(m)表示产生rMAC的第m位；步骤1.5：对经步骤1.2编码后得到的Speex音频文件进行选择性混度加密，流程如下：本步骤中，要求每一步计算操作在16进制下，计算精度要求达到小数点后40位；首先，从Speex音频文件中读取4个Speex音频帧，并取每帧的7到38位，总共32位，4个音频帧总共获得128为数据；然后，利用公式x_k+1=μx_k(1-x_k),0≤μ≤4,x_k∈(0,1)，计算下一个混沌数据；式中，x_k表示混沌序列的第k个的数据，为实数；μ为自定义的系数，为实数；x₀为密钥，k-1为执行的次数；如果得到的x_k+1大于0.9或小于0.1，则重复本操作；之后，将计算得到的x_k+1取小数点后连续的128位数据，与前述得到的128位数据进行异或操作；随后，用获取到的128位数据替换Speex音频帧中原128位数据；最后，判断Speex音频文件音频帧是否全部处理完毕，如果Speex音频文件处理完成，则执行后续步骤；否则继续读取Speex音频文件的Speex音频帧；步骤1.6：将嵌入了秘密语音的Speex音频文件发送给接收方；步骤二、接收端接收发送端传输过来的Speex音频文件并进行处理，提取其中的秘密语音，流程如下：步骤2.1：对接收到的Speex音频文件进行数据提取，具体如下：首先，对Speex音频文件中，以每1024个样本记为一个FCT帧，对每个FCT帧分别进行傅里叶变换（FCT）操作；然后，对于FCT产生的前256个系数，执行与步骤1.6中信息隐藏相同的操作，查看每个系数所处于的区间，如果系数处于A区间，则认为该系数中嵌入了数据1，否则认为嵌入了数据0；其中，第一个FCT帧中提取出来的为rMAC值和嵌入数据的长度之，后面的为所嵌入的数据；最后，判断是否已经提出了全部数据，如果已提取全部数据，则执行步骤 2.2；否则继续处理下一个FCT帧；步骤2.2：对经步骤2.1得到的Speex音频文件进行解密；步骤2.3：对经步骤2.2编码产生的Speex音频文件进行解码；步骤2.4：对经步骤2.3解码产生的Speex音频文件，计算rMAC；步骤2.5：计算rMAC的匹配度并据此判断秘密语音内容完整性程度，过程如下：首先，将步骤2.5提取出来的rMAC值与步骤2.4计算得到的rMAC值按位进行比较，两个128位数据的位相同概率即为rMAC的匹配度；然后，根据rMAC的匹配度判断秘密语音内容完整性，当rMAC值大于等于0.8时，认为秘密语音内容具备完整性，反之则认为其不符合完整性要求。