基于無線超短波的混沌語音保密通信系統(tǒng)設(shè)計

摘 要:本文提出了一種新的數(shù)字語音保密通信系統(tǒng)設(shè)計方案。該方案以ATMEGA128單片機(jī)為核心，采用改進(jìn)的混沌算法進(jìn)行語音加密。本文系統(tǒng)地介紹了語音保密通信系統(tǒng)的工作原理和工作過程，重點(diǎn)敘述了混沌加密模塊。實驗結(jié)果表明，該方案具有良好的語音加密性能。

關(guān)鍵詞:單片機(jī) 混沌加密 語音加密

中圖分類號:TN91文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0024-01

Abstract:This paper proposes a new digital voice secure communication system design.The program ATMEGA128 microcontroller as the core，chaos algorithm for voice encryption.This paper systematically introduces the working principle and process of the voice secure communication system mainly describes the chaotic encryption module.The experimental results show that the program has a good voice encryption performance.

Keywords:microcontroller Chaotic Encryption Voice Encryption

語音通信是人們最常用、最方便的通信方式之一。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對于通信的質(zhì)量、安全性和可靠性都提出了較高的要求。加密技術(shù)成為語音通信的核心技術(shù)，縱觀密碼學(xué)知識可以知道，混沌信號具有非周期性、連續(xù)寬頻帶、似噪聲等特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于保密通信中。目前利用混沌系統(tǒng)進(jìn)行加密主要有三種方式:混沌掩蓋、混沌參數(shù)調(diào)制和混沌鍵控。它們都是以混沌同步為基礎(chǔ)。混沌掩蓋既可以掩蓋模擬信號又可以掩蓋數(shù)字信號，而混沌參數(shù)調(diào)制和混沌鍵控主要用來傳輸數(shù)字信號?；煦缪谏w只能傳輸能量較小的信號，即使是掩蓋小能量信號，混沌信號遮掩有用信號的方式主要是相乘、相加和異或，所以很容易受到分析者的攻擊;混沌參數(shù)調(diào)制只適用于慢變信號，對快變信號和時變信號還不能很好的處理，對外界的干擾也很敏感。與前兩種通信方式相比，混沌鍵控抗噪聲和參數(shù)失配的能力較強(qiáng)，克服了混沌遮掩通信方式中要求混沌載波功率遠(yuǎn)大于有用信號功率的缺點(diǎn)。本文所提出的無線語音保密通信系統(tǒng)設(shè)計方案，首先將語音信號數(shù)字化，而后用一種混沌序列對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并通過無線超短波發(fā)射出去，同時在接受端有對應(yīng)的解密設(shè)計。此種方案能較好地滿足我們在實際中對語音通信安全性和實時性的要求。

1 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)的硬件電路主要有主控制模塊、語音數(shù)字化模塊、混沌加密模塊和無線超短波發(fā)射模塊組成:以單片機(jī)ATMEGA128為核心的中央處理器，輔以外圍信號采集、A/D轉(zhuǎn)換、信號壓縮編碼、混沌加密和無線發(fā)射。

2 混沌信號的產(chǎn)生和加密

2.1 混沌序列的產(chǎn)生

混沌是指確定的非線性系統(tǒng)在一定條件下所呈現(xiàn)的不確定的隨機(jī)現(xiàn)象?；煦邕\(yùn)動具有對初值的高度敏感性、運(yùn)動軌跡的遍歷性、非相關(guān)性和隨機(jī)性等特點(diǎn)?；煦缧蛄挟a(chǎn)生的方法有很多種，本文采用一種應(yīng)用最廣泛的Logistic方程產(chǎn)生混沌序列。Logistic映射形式如式(1)所示。

(1)

式(1)中，稱為分岔參數(shù)，，Logistic映射是經(jīng)過倍周期分岔達(dá)到混沌的，Logistic分岔，為式(1)中的穩(wěn)定點(diǎn)。當(dāng)3.5699456＜μ≤4時，Logistic映射工作于混沌狀態(tài)。

2.2 混沌加密

混沌鍵控通信是一種用于傳輸數(shù)字信號的調(diào)制方式，以其具有較強(qiáng)的抗噪聲、抗干擾能力、保密性強(qiáng)和頻帶利用率高等優(yōu)點(diǎn)，使其一直被應(yīng)用于數(shù)字通信中?，F(xiàn)有的鍵控方式有混沌移位鍵控(CSK)、混沌開關(guān)鍵控(COOK)、差分鍵控(DCSK)等。DCSK是目前相對于其他鍵控最好的調(diào)制方式，但是DCSK存在傳輸速率不高和頻帶利用率低等缺點(diǎn)。為了改善其缺點(diǎn)，本文設(shè)計一種改進(jìn)型的DCSK方案，就是在原有的DCSK調(diào)制時加一個延遲。

在發(fā)送端把開關(guān)換作加法器，使發(fā)送端可以連續(xù)工作，同時也避免了信號的重復(fù)發(fā)送。在發(fā)送端，混沌信號經(jīng)過延遲后的與數(shù)字化的語音信號進(jìn)行迭代，使其產(chǎn)生的信號再與原始的語音信號和混沌序列再次疊加輸出加密后的信號。

在Matlab2011a、WindowsXP環(huán)境下編寫相關(guān)函數(shù)進(jìn)行試驗，實驗結(jié)果表明，加密后的語音波形分布均勻，能抵御統(tǒng)計分析方法的攻擊，證明其可實行。同時改進(jìn)型的DCSK的傳輸速率提高了一倍，并且保密也有一定的提高。

3 結(jié)語

在Logistic映射基礎(chǔ)上，對DCSK方式進(jìn)行改進(jìn)，仿真分析驗證了，改進(jìn)后的DCSK方案與傳統(tǒng)的方案相比在頻帶利用率和傳輸效率上提高了一倍，且具有很強(qiáng)的抗攻擊性能。無線數(shù)字通信比有線通信實現(xiàn)起來難度要大，且要求很高的實時性。本方案采用單片機(jī)作為控制中心，成功的實現(xiàn)了語音信號的混沌加/解密、無線發(fā)射和接收。改進(jìn)后的混沌加密方案適合于應(yīng)用到實際的數(shù)字保密通信的語音的加密傳輸中，且易于實現(xiàn)?？梢?，這種改進(jìn)是有意義的。為推廣混沌數(shù)字保密通信奠定了很好的基礎(chǔ)。

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