[发明专利]一种可恢复的密文域语音内容认证方法

说明书

技术领域

本发明数字语音处理技术，具体涉及敏感语音在云存储中的安全。 

背景技术

高速网络的发展以及计算机等技术的普及，使云计算从理论走向实际成为了可能。然而，云计算中数据的安全问题却阻碍着其推广和应用。云存储是一种外包形式的服务，数据的拥有者对这种服务形式并不信任。对于敏感数据，企业和用户为了保护数据隐私，在上传到云存储中心之前，往往会对数据做加密处理。用户或者授权者在需要的时候从云存储中下载需要的密文数据。由于云存储自身的特点，用户下载的数据可能是不真实的，或者被恶意攻击的。如何对用户下载密文数据的真实性进行认证，在恶意攻击后又如何恢复被攻击的内容是目前多媒体信息安全研究的热点之一，该问题的解决也将推动云计算和云存储的普及和应用。 

数字语音信号作为一种敏感的、重要的信息载体，广泛应用在电话通讯，新闻报导等和人们生活息息相关的场合。为了保证数字语音的真实性和完整性，人们从不同方面，采用不同的方法对其进行了保护。例如，在内容认证和说话人识别方面做了大量的工作，也已取得了较大进展。然而，相比之下，关于语音密文内容认证和篡改恢复方面的研究成果则鲜有报道。文献“Content-dependent watermarking scheme in compressed speech with identifying manner and location of attacks”（Chen O.T-C,Liu Chia-hsiung,IEEE Transactions on Audio,Speech,and Language Processing,vol.15,no.5,pp.1605-1616,2007）提出了一种基于语音压缩的语音内容认证算法。该算法适用于基于CELP （Codebook-excite Linear Prediction）编码的语音信号。水印由相应帧的LSF（Line Spectrum Frequency）生成，基于LSB的方法来嵌入水印。在实际生活当中，由于播放格式的特殊要求或存储的方便等原因，含水印的语音信号不可避免地会受到一些信号处理。而基于LSB的水印嵌入方法对信号处理不具有鲁棒性，所以该方法在实际应用中受到诸多限制。抗去同步攻击音频水印方案的设计是一个难点，常见的是基于同步码的抗去同步攻击方法。文献“Blind and robust audio watermarking scheme based on SVD-DCT”（Bai Ying Lei,Ing Yann Soon,Zhen Li,Signal Processing,vol.91,no.8,pp.1973-1984,2011）提出了一种基于同步码的抗去同步攻击的音频内容认证算法，同步码的嵌入增强了算法的鲁棒性，同时也带来了一些不足。一方面，同步码的嵌入增加了信号的负载；另一方面，同步码的嵌入方法存在安全隐患。文中嵌入同步码所采用的特征是公开的，且嵌入方法是已知的。攻击者可以得到特征并提取同步码，并采用相同的方法将提取的同步码嵌入在另一段信号中，然后将该信号替换原始含水印的信号，该攻击不会被认证端察觉。此类算法的载体都是明文信号，不能直接应用于语音密文，且对于恶意篡改，不具有恢复的能力。 

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，研究安全的、可恢复的语音密文内容认证技术具有重要的现实意义，并能推动云计算和云存储的普及和推广。本发明的目的在于提供一种可恢复的密文域语音内容认证算法，该算法对于语音密文所受到的恶意篡改能够篡改定位，同时具有篡改恢复能力，提高了语音密文的安全性和在云存储中的可靠性。 

为实现这样的目的，本发明利用帧号对恶意篡改进行精确定位的基础上，借助于置乱加密的特点，设计了一种可恢复密文域语音内容认证方法。 

一种可恢复的密文域语音内容认证方法，对语音密文篡改定位并对被恶意篡改的部分进行篡改恢复，其具体步骤包含如下： 

（1）含水印语音密文的生成：首先对原始语音信号X做混沌置乱加密处理，置乱后的语音密文信号记为S；接着，将S等分为不重叠的N个帧，每帧长为P，第i帧记为S_i；S_i分为三段，分别记为S1_i，S2_i，S3_i；然后，计算各段信号的能量比，用第一段信号的能量比生成水印W1_i，并嵌入在第三段S3_i中；将帧号i的对应的二值序列扩频为W2_i，并嵌入在第二段信号S2_i中。用该方法完成每个语音密文帧的水印嵌入，得到含水印的语音密文信号；