摘? 要: 介紹了通用數(shù)字保密電話設(shè)備的三項(xiàng)主要技術(shù):語音編碼技術(shù)、保密電話通信技術(shù)和調(diào)制解調(diào)技術(shù),提出了一種數(shù)字保密電話設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方案。該方案中的聲碼器" title="聲碼器">聲碼器采用AMBE技術(shù);保密機(jī)采用RSA加密體制;調(diào)制解調(diào)器采用V.22bis協(xié)議。

　　關(guān)鍵詞: 聲碼器? 保密機(jī)? 調(diào)制解調(diào)器? AMBE? RSA? V.22bis

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　　當(dāng)前使用的電話絕大多數(shù)仍屬于模擬式電話,很難保證通話內(nèi)容不被非法竊取。因此,人們提出數(shù)字保密電話的要求。在通信發(fā)送端先經(jīng)過語音編碼設(shè)備將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號" title="數(shù)字信號">數(shù)字信號;然后,再經(jīng)過數(shù)字保密機(jī)進(jìn)行加密。現(xiàn)在的模擬電話網(wǎng)并不支持直接傳輸數(shù)字信號。經(jīng)加密的數(shù)字化語音還需要經(jīng)過Modem,調(diào)制成模擬信號再傳送給對方。在接收端" title="接收端">接收端需要先進(jìn)行解調(diào),恢復(fù)出加密的數(shù)字化語音,再進(jìn)行解密。然后,將數(shù)字信號還原成模擬語音信號" title="語音信號">語音信號。相應(yīng)的轉(zhuǎn)換過程就是語音編/解碼、數(shù)字加/解密、調(diào)制/解調(diào)。

　　本文設(shè)計(jì)的數(shù)字保密電話終端設(shè)備主要包括三個組成模塊:AMBE聲碼器、RSA保密機(jī)、Modem,如圖1所示^[1]。

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1 AMBE聲碼器

　　1985年,MIT的D. W. Griffin博士首先提出了多帶激勵(MBE)編碼算法。1997年美國數(shù)字聲音系統(tǒng)(DVSI)公司推出了基于AMBE(改進(jìn)的MBE)算法的、數(shù)據(jù)速率從2.4kbps～9.6kbps的單片語音編碼器(AMBE-1000TM)^[2]。AMBE編碼器技術(shù)在商業(yè)化領(lǐng)域取得了很大的成功。

　　2.4kbps～9.6kbps AMBE聲碼器的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖2所示^[1]。該聲碼器采用一片AMBE-1000TM完成語音的分析和合成處理。A/D & D/A模塊采用一片MC14LC5480完成模/數(shù)及數(shù)/模的轉(zhuǎn)換。

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　　一般,語音信號的頻率范圍為80Hz～8000kHz。采樣前先對語音信號進(jìn)行預(yù)濾波處理,其目的有兩個:首先用低通濾波器限制信號中的頻域分量超過采樣頻率一半的部分,以防止信號混疊干擾;其次用高通濾波器抑制50Hz的電源干擾^[3]。

　　AMBE-1000TM通過一個串行接口從A/D 變換器接收數(shù)字化語音,經(jīng)編碼壓縮后,通過AMBE-1000TM的信道接口發(fā)送給RSA保密機(jī)。同時,AMBE-1000TM通過信道接口接收壓縮的數(shù)字信號,經(jīng)過AMBE-1000TM解碼器的處理,還原出數(shù)字化語音信號。D/A變換后,得到模擬語音信號。

2 基于DSP的RSA保密機(jī)

　　密碼的破譯,實(shí)際上取決于破譯者采用的攻擊方法在計(jì)算機(jī)上編程實(shí)施時所需的計(jì)算時間(時間復(fù)雜性)和占用的硬件資源(空間復(fù)雜性)。表1給出采用廣義數(shù)域篩分解不同長度RSA公鑰" title="公鑰">公鑰模所需的計(jì)算機(jī)資源^[4]。

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　　MIPS-年指以每秒執(zhí)行1，000，000條指令的計(jì)算機(jī)執(zhí)行一年。如果要求保密時間大于24小時,那么公鑰模的長度應(yīng)不小于192bits。

　　RSA保密機(jī)的硬件開發(fā)平臺采用TMS320C50。如果公鑰模n為192bit,那么,在最惡劣的情況下,一次加/解密運(yùn)算中,需要2×191=382次192bit×192bit的乘法運(yùn)算。TMS320C50提供16bit×16bit的硬件乘法器和32bit+32bit的加法器。因此,完成一次192bit×192bit的乘法運(yùn)算,需要12×12=144條乘法指令和12條加法指令。RSA保密機(jī)采用了一種快速加/解密算法,完成一次加/解密運(yùn)算需要55008條乘法指令和4584條加法指令。TMS320C50的處理能力是25MIPS,完成一次加/解密運(yùn)算所需的時間約為3ms。顯然,加/解密的延時不會對語音質(zhì)量造成太大的影響。

3 Modem

　　Modem的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示,主要包含兩個部分:數(shù)據(jù)處理器 (RC9624DP)即Modem的主芯片，主要完成數(shù)據(jù)的調(diào)制和解調(diào)功能;控制器 (TMS320C50)，主要完成基本數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(V.22bis)功能^[1]。

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　　Modem芯片RC9624DP支持多種Modem通信協(xié)議,如表2所示^[5]。

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　　當(dāng)RSA保密機(jī)接收到AMBE聲碼器的信幀時,首先,需要解幀。信幀中的控制信息在整個通信過程中并不改變,可以預(yù)先在接收端的AMBE聲碼器中設(shè)置好,因此,不必傳送。其次,RSA保密機(jī)對語音信息進(jìn)行加密。最后打包。打包,主要指加入群同步頭,實(shí)現(xiàn)語音流的群同步。

　　接收端的RSA保密機(jī)在接收到信包后,首先需要解包。解包,主要指識別群同步頭。只有找到了群同步頭,才能識別密文分組。才能進(jìn)行解密運(yùn)算,恢復(fù)明文。最后,RSA保密機(jī)需要將明文信息按照AMBE聲碼器的幀結(jié)構(gòu)重新裝訂,才能發(fā)送給AMBE聲碼器。

　　目前,市場上已有多種保密電話產(chǎn)品。采用模擬加密方式,保密性差,不適合技術(shù)的發(fā)展;采用強(qiáng)加密技術(shù),保密性好,但價格昂貴。

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參考文獻(xiàn)

1 趙力強(qiáng). 通用數(shù)字保密電話的設(shè)計(jì).西安電子科技大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文,2000

2 AMBE-100TM Technical Data Document Version 2.0，January 9， 1997.

3 聲學(xué)層的話音識別.計(jì)算機(jī)世界CHINA COMPUTERWORLD 網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用Network and applications,1999;(19C)

4 王育民，劉建偉.通信網(wǎng)的安全-理論與技術(shù).西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1999

5 RC9624DP,RC96V24DP,and RC14V24DP Modem Designer＇s Guide,Rev.2,September 1992.