淺談?wù)Z音加密

何 旸 劉曉麗 劉毅娟 雷 鳴

（華北理工大學(xué)冀唐學(xué)院 河北唐山 063000）

淺談?wù)Z音加密

何 旸 劉曉麗 劉毅娟 雷 鳴

（華北理工大學(xué)冀唐學(xué)院 河北唐山 063000）

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的快速進(jìn)步，多媒體數(shù)據(jù)的安全問題顯得越來越重要。如何保證網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的安全性，一直是受到廣泛關(guān)注的重要問題。本文介紹了語音加密的基本意義，分析了幾種語音加密的方法。

語音 加密

語音、圖像是人與人之間進(jìn)行相互交流的基礎(chǔ)方式，是獲取公開信息、機(jī)密信息的有效手段。語音信息又占有很大比重，現(xiàn)代化數(shù)字信息互聯(lián)里，語音信息交互擁有的位置已非常重要。不管是針對(duì)國家、社會(huì)還是公司、個(gè)人，如何確保語音信息安全的意義極其重大。

1.語音加密的意義

全球政治經(jīng)濟(jì)趨于多元化，信息化社會(huì)更是飛速發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)全面普及，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展，無線通信等技術(shù)更是換代頻繁。信息互聯(lián)已是生產(chǎn)中的重要組成要素，信息技術(shù)成為當(dāng)今社會(huì)的重要變革力量及技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)。數(shù)字化生活不僅是現(xiàn)今的時(shí)尚生活，更是人們的日常生活。人們工作、生活、交流、記錄更多的依賴電子設(shè)備。而數(shù)字信息極其容易被復(fù)制傳送，很容易形成大范圍、公開化的傳播，這對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用又構(gòu)成嚴(yán)重威脅，尤其是針對(duì)軍事、政治、商業(yè)等需要特別保密的高度機(jī)密化的信息。各個(gè)國家、企業(yè)、個(gè)人對(duì)信息安全的關(guān)注都上升到了極高的水平，維護(hù)國家信息安全，保障軍事機(jī)密不被竊取，確保商業(yè)信息保密等信息安全問題已經(jīng)成為了急待解決的社會(huì)核心問題。密碼技術(shù)在信息安全領(lǐng)域是研究的核心，是保障數(shù)據(jù)安全、信息保密的重要渠道。

語音加密最早是被應(yīng)用于軍用機(jī)密領(lǐng)域，在軍事信息傳遞中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著社會(huì)發(fā)展，手持智能終端、無線局域網(wǎng)絡(luò)全面伴隨人們的日常生活中，個(gè)人信息、私人數(shù)據(jù)的保密也顯得尤為重要。人與人的溝通，最重要的手段就是語音，在通信系統(tǒng)中，語音的傳輸又是最常用的一種傳輸方式。信息加密以后，能有效地防止機(jī)密數(shù)據(jù)被人竊取破譯，所以在個(gè)人應(yīng)用領(lǐng)域，加密的應(yīng)用也是逐步深入。早期應(yīng)用主要局限于對(duì)語音信息進(jìn)行模擬化處理以對(duì)其進(jìn)行加密。

2.模擬語音加密

模擬語音加密技術(shù)具有方便快捷、較好音質(zhì)、帶寬占用較小的優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)質(zhì)上它并沒有改變語音信號(hào)的冗余度，如此加密后的語音信號(hào)剩余部分可辨識(shí)度高，安全性則明顯較低。

雖然模擬語音加密技術(shù)方式方法簡便、數(shù)據(jù)音質(zhì)優(yōu)良、不需擴(kuò)展頻帶，但在核心本質(zhì)上語音信號(hào)的冗余度并沒有被改變，因此加密后的語音信號(hào)剩余可懂度更高，但安全性則差一些。和模擬加密相比，數(shù)字加密采用的是壓縮編碼方式。通過采集模擬語音信號(hào)，將其轉(zhuǎn)化并編碼成為二進(jìn)制的數(shù)據(jù)流，再利用編碼算法提取出語音信號(hào)中的有用參量并且對(duì)其進(jìn)行加密，加密后仍以數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸。解密端則利用相同技術(shù)對(duì)其解密，可再利用這些參量進(jìn)行原始語音的重構(gòu)。對(duì)此，在加密方法上可選擇部分加密，即只選擇加密可用于重構(gòu)語音信號(hào)的參量。

3.數(shù)字語音加密

隨著對(duì)語音的數(shù)字信號(hào)傳輸軟硬件的成熟進(jìn)步，語音加密技術(shù)有了新的發(fā)展空間。和模擬加密相比，數(shù)字加密采用了壓縮編碼技術(shù)［1］。在預(yù)先處理語音信號(hào)時(shí)，模擬信號(hào)首先被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，其中包括取樣、量化以及編碼，然后將數(shù)字語音信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼，完成編碼的信號(hào)仍以數(shù)字信號(hào)形式傳輸，可以在其中的任一環(huán)節(jié)對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行加密行，因此安全性比較高。

4.幾種數(shù)字語音加密方法

由于語音信息擁有即時(shí)性、連續(xù)性、碼率可控等基礎(chǔ)特性，運(yùn)用傳統(tǒng)的加密方法來對(duì)語音信息進(jìn)行加密保護(hù)早已不能滿足需要。隨著數(shù)字語音信號(hào)傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)今已經(jīng)研制出很多專門關(guān)于語音信息等數(shù)據(jù)的加密算法［2］，比如以下幾種：

（1）直接加密法。直接加密法將需要加密的語音信息數(shù)據(jù)判別為普通二進(jìn)制數(shù)據(jù)，再應(yīng)用傳統(tǒng)加密算法如DES、IDEA、RSA等來完成整體信息的加密。直接并且整體加密的信息數(shù)據(jù)安全性非常高，對(duì)于沒有通過授權(quán)的信息讀取能有效控制。然而此算法中，進(jìn)行加密解密的計(jì)算量較大，處理多媒體語音數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的延時(shí)，而且設(shè)備功耗比較大，噪聲對(duì)該算法干擾明顯，影響了其正常使用。

（2）選擇加密法。選擇加密法是針對(duì)多媒體信息，選取其中一部分比較重要的數(shù)據(jù)實(shí)施加密，它能使計(jì)算量大大減少，方便快捷。這種加密方法一般是依據(jù)特定的方法把信息分成兩個(gè)部分，只需要將其中比較重要、容易被破解的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，而不太重要的那部分?jǐn)?shù)據(jù)則不進(jìn)行加密，因?yàn)槠鋵?duì)原傳輸數(shù)據(jù)整體的影響不大。選擇加密在圖片和視頻傳輸中得到應(yīng)用，近年來仍不時(shí)有新的發(fā)展，例如應(yīng)用于JPEG2000數(shù)據(jù)格式的新型選擇加密方案，而應(yīng)用于語音的部分加密算法研究較少，典型的有Servetti提到的一種語音部分加密方案，近期被提出的一些基于G.729編碼的部分加密方法。這類加密方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠適當(dāng)減小加密數(shù)的計(jì)算量，使運(yùn)算速度得到保障，缺點(diǎn)是對(duì)其加密的安全效果缺乏通用的檢測(cè)手段，無法確保算法的安全性。

（3）與編碼過程相結(jié)合的加密方法。直接加密和選擇加密方法是當(dāng)今數(shù)據(jù)信息加密技術(shù)中最常用的方法，但也有個(gè)別的特殊加密方案。與編碼過程相結(jié)合的加密方法通常是在編碼工作進(jìn)程中加入某些加密措施，使前述二者相互結(jié)合并同時(shí)進(jìn)行，Sridharan等提出的將加密過程與快速傅立葉變換過程相結(jié)合的語音加密方法是其代表方案；LeiTang則提出基于Zig-zag置亂的數(shù)據(jù)信息加密方法；Wen等又提出使用定長編碼FLC和變長編碼VLC進(jìn)行加密的方法；以及Wu和Kuo提出的采用基于多Huffman碼表（MHT）的加密方法。與編碼過程結(jié)合的加密方法能有效地增強(qiáng)保密性的同時(shí)減小加密成本，同時(shí)滿足被veil保護(hù)數(shù)據(jù)的編碼具有良好的兼容性，在編碼過程中只需稍加改動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)良好的加密效果。這種算法的復(fù)雜程度相對(duì)較低，適合用于處理能力低或功耗較低的場(chǎng)合，具有一定的科研價(jià)值。

［1］張沛哲，馮立杰.數(shù)字語音加密系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)［J］.信息技術(shù)，2010，17：30.

［2］陳曉翔，何濤，林嘉宇.串接式語音加密系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.微處理機(jī)，2011，32（4）：73-75.

何旸（1984-），漢，廣西北流人，碩士，助理工程師，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)安全