[发明专利]一种蜂窝移动网实时语音加密设备及方法

权利要求书

1.一种蜂窝移动网实时语音加密设备，其特征在于，所述语音加密设备分为接收端语音加密设备和发送端语音加密设备，且分别与蜂窝移动电话建立蓝牙连接，所述蜂窝移动电话之间建立蜂窝移动网语音信道；

所述发送端语音加密设备包括按照语音传输方向依次顺序连接的语音通话模块、信源编码模块、序列密码模块、信道编码模块、类语音调制模块和蓝牙连接模块；所述语音通话模块用于在用户讲话时拾取用户声音并放大、采样和量化；所述信源编码模块用于将语音数据帧压缩编码为语音参数；所述序列密码模块用于将语音参数加密为密语态数据；所述信道编码模块用于对传输的密语态数据实施前向纠错；所述类语音调制模块用于将前向纠错后的密语态数据映射为类语音信号；所述蓝牙连接模块用于与蜂窝移动电话建立语音传输通道；

所述接收端语音加密设备包括按照语音传输方向依次顺序连接的蓝牙连接模块、类语音调制模块、信道编码模块、序列密码模块、信源编码模块和语音通话模块，所述接收端语音加密设备接收到对方类语音信号时按发送端语音加密设备的逆序处理，输出明语态语音至用户耳机；

所述类语音调制模块包括调制码本、调制器、信号记录器、信号补偿器、解调器和解调码本；所述调制器将前向纠错后的密语态数据映射为预先优化生成的调制码本中的波形符号，并进行滤波整形消除高频谐波，再交由蜂窝移动网语音信道传输；所述信号补偿器依据信号记录器记录的历史类语音数据对接收的发送端类语音信号实施波形补偿，而后由解调器使用解调码本将补偿后信号解调为目标数据；所述调制器、信号记录器、信号补偿器和解调器需通过在线学习训练解调码本，其过程为：所述发送端语音加密设备的调制器将双方共享预制的随机数序列映射为调制码本中的波形符号，并通过蜂窝移动网语音信道发送至对端；所述接收端语音加密设备根据双方共享预制的随机数序列与调制码本，学习生成最优解调码本，并训练信号补偿权重；

所述信道编码模块包括编码模块、交织模块、逆交织模块和译码模块；所述发送端语音加密设备的编码模块使用多核极化码对密语态数据进行编码，而后交由交织模块实施行/列数据交织，最后交由DoV链路传输；所述接收端语音加密设备的逆交织模块实施行/列数据逆交织变换，而后经译码模块译码为目标数据；

所述序列密码模块包括认证密钥协商模块、密钥同步模块和加解密模块；所述加解密模块为使用种子密钥和初始向量两个参数的序列密码算法，在一次会话中种子密钥保持不变，初始向量定期更换；其工作过程为：所述发送端语音加密设备的加解密模块使用密码生成算法，基于模二加操作对传输数据进行加密，并交由DoV链路传输；所述接收端语音加密设备的加解密模块基于模二加操作对接收数据进行解密；所述密钥同步模块用于进行密钥同步；其过程包括初始向量同步和数据帧序列号同步两部分内容，使用数据校验和预测技术实现；所述认证密钥协商模块用于协商种子密钥，其过程为：所述接收端语音加密设备和发送端语音加密设备在会话前通过私钥生成中心完成终端注册，会话时，所述接收端语音加密设备和发送端语音加密设备基于无证书公钥密码体制完成基于身份认证的种子密钥协商；

所述信源编码模块采用MELP算法，其工作过程为：所述发送端语音加密设备的信源编码模块将语音通信模块采样量化的语音数据帧使用MELP算法压缩编码为语音参数，交由序列密码模块加密处理；所述接收端语音加密设备的信源编码模块基于序列密码模块解密的语音参数重建明语态语音，并交由语音通话模块输出。

2.根据权利要求1所述的蜂窝移动网实时语音加密设备，其特征在于，所述语音通话模块包括麦克语音驱动模块、采样量化模块和语音功放驱动模块，所述发送端语音加密设备的麦克语音驱动模块用于将用户麦克风微弱语音信号放大输送至采样量化模块；所述接收端语音加密设备的语音功放驱动模块对重建的明语态语音进行功率放大后输出至用户耳机。

3.根据权利要求1所述的蜂窝移动网实时语音加密设备，其特征在于，所述接收端语音加密设备和发送端语音加密设备为耳机、手表或者手环可穿戴设备。

4.根据权利要求1所述的蜂窝移动网实时语音加密设备，其特征在于，该语音加密设备还包括控制模块、显示模块、电池以及供电模块。

5.一种蜂窝移动网实时语音加密方法，其特征在于，包含以下步骤：

对于发送端：

用户讲话时，所述发送端语音加密设备的语音通话模块拾取用户声音并放大、采样和量化，而后将语音数据帧交由信源编码模块压缩编码为语音参数；进一步经序列密码模块加密为密语态数据，并交由信道编码模块实施前向纠错，而后由类语音调制模块映射为类语音信号，最后通过蓝牙连接模块传输至蜂窝移动电话；

对于接收端：

接收端语音加密设备的类语音调制模块将接收到的类语音信号解调为密语态数据，进一步经信道编码模块检错、纠错后，交由序列密码模块解密转化为语音参数，最后经信源编码模块重建为明语态语音信号，由语音通话模块进行功率放大后输出至用户耳机；

所述类语音调制模块包括调制码本、调制器、信号记录器、信号补偿器、解调器和解调码本；所述调制器将前向纠错后的密语态数据映射为预先优化生成的调制码本中的波形符号，并进行滤波整形消除高频谐波，再交由蜂窝移动网语音信道传输；所述信号补偿器依据信号记录器记录的历史类语音数据对接收的发送端类语音信号实施波形补偿，而后由解调器使用解调码本将补偿后信号解调为目标数据；所述调制器、信号记录器、信号补偿器和解调器需通过在线学习训练解调码本，其过程为：所述发送端语音加密设备的调制器将双方共享预制的随机数序列映射为调制码本中的波形符号，并通过蜂窝移动网语音信道发送至对端；所述接收端语音加密设备根据双方共享预制的随机数序列与调制码本，学习生成最优解调码本，并训练信号补偿权重；

所述信道编码模块包括编码模块、交织模块、逆交织模块和译码模块；所述发送端语音加密设备的编码模块使用多核极化码对密语态数据进行编码，而后交由交织模块实施行/列数据交织，最后交由DoV链路传输；所述接收端语音加密设备的逆交织模块实施行/列数据逆交织变换，而后经译码模块译码为目标数据；

所述序列密码模块包括认证密钥协商模块、密钥同步模块和加解密模块；所述加解密模块为使用种子密钥和初始向量两个参数的序列密码算法，在一次会话中种子密钥保持不变，初始向量定期更换；其工作过程为：所述发送端语音加密设备的加解密模块使用密码生成算法，基于模二加操作对传输数据进行加密，并交由DoV链路传输；所述接收端语音加密设备的加解密模块基于模二加操作对接收数据进行解密；所述密钥同步模块用于进行密钥同步；其过程包括初始向量同步和数据帧序列号同步两部分内容，使用数据校验和预测技术实现；所述认证密钥协商模块用于协商种子密钥，其过程为：所述接收端语音加密设备和发送端语音加密设备在会话前通过私钥生成中心完成终端注册，会话时，所述接收端语音加密设备和发送端语音加密设备基于无证书公钥密码体制完成基于身份认证的种子密钥协商；

所述信源编码模块采用MELP算法，其工作过程为：所述发送端语音加密设备的信源编码模块将语音通信模块采样量化的语音数据帧使用MELP算法压缩编码为语音参数，交由序列密码模块加密处理；所述接收端语音加密设备的信源编码模块基于序列密码模块解密的语音参数重建明语态语音，并交由语音通话模块输出。