基于 WiFi 的实时语音混沌保密通信的实现

作者:颜珏明 甘秋业时间:2015-02-11 09:13:17  来源:  阅读次数:806次 ]

基于 WiFi 的实时语音混沌保密通信的实现

 

颜珏明  甘秋业  广东工业大学  广东广州  510006

 

【文章摘要】

 

   随着语音数据量的日益增多,语音通信的安全也越来越受到人们的重视。本文提出了在ARM平台上实现语音的混沌保密通信的一种新方法。利用ARM开发板搭建一个局域网,在客户端对语音进行采集、编码、混沌加密,并通过WiFi进行传输,同时在服务器端进行解密、解码及播放。实验结果表明,该方案可以实现实时语音数据的可靠、快速的传输,且语音波形失真较小。

 

【关键词】

 

实时 ;ARM;混沌加密 ;WiFi 传输

 

中图分类号:TP302   文献标识码:A

 

引言

 

随着互联网及移动通信的飞速发展,语音业务量逐步增多及信息的全球化传输使得语音通信在网络安全方面的问题逐渐突出,因而语音信息的安全传输也就显得越来越重要。

 

混沌信号的内在随机性、非周期性、连续宽带频谱、遍历性、类似噪声的等特性,使它与生俱来隐蔽性。同时,混沌信号对初始值的极度敏感性和高度的随机性让混沌信号具有长时间抗截获能力和不可预测性。而且当混沌系统拥有两个或两个以上正值的Lyapunov指数的超混沌系统时,混沌系统有着更加复杂的运动轨迹,这就使得混沌信号具备了很高的复杂度。与此同时混沌系统只由初始条件与非线性系统的方程、参数所决定,这样就使得混沌信号能容易的产生和复制。混沌信号的隐蔽性、自相似性、不可预测性和易于实现等特征都特别适用于保密通信。混沌加密是指在发送端利用混沌系统产生混沌序列作为密钥序列,利用该序列与明文运算后产生密文。密文经信道传输后,在接收端用混沌同步的方法将密文进行解密。与一般的加密技术相比,混沌加密更难破解,具有密钥空间大、速度快、保真度高、安全性好以及足够的带宽和较强的实时功能,有着广阔的应用前景,且现在利用混沌加密图像、语音和视频信号已经逐步趋于成熟。

 

近年来,无线网络迅速发展。WiFi与传统的有线传输相比,它不需要布线,节省了应用成本;与蓝牙等无线传输相比,它具有传输距离远,传输速度更快等优点,且在现实生活中WiFi无线通信技术已经得到了广泛的应用。基于 WiFi 的实时语音混沌保密通信的实现 颜珏明  甘秋业  广东工业大学  广东广州  510006

 

硬件平台

 

本系统分为三个部分:服务器模块、WiFi 无线传输模块、客户端模块。服务器与客户端均采用Cortex-A8开发板作为其硬件平台,Cortex-A8 板具有丰富的接口资源,无需扩展接口即可满足本方案的要求。WiFi无线传输模块则采用 TP-LINK 450M 无线路由器接发数据。在Cortex-A8板平台上运行的是经过裁剪的 Linux 内核。图1为本系统的硬件及连接图。图中左边的开发板为客户端。右边的开发板为服务器。

 

图 系统的硬件及连接图

 

混沌系序列的产生

 

一般来说,利用混沌加密通常有两种情况。一是利用混沌系统产生的混沌序列作为密钥与原始的数据进行运算来产生密文,这是我们所熟知的序列加密。另一种是将明文作为混沌系统的初始条件或控制参数,通过混沌系统迭代进而产生密文,这即是分组密码。本系统采用的是混沌序列加密,在发送端利用混沌系统产生的混沌序列与开发板采集并编码后的语音序列进行运算,经WiFi传输后,在接收端对接收到的密文与混沌序列进行逆运算并解码后即可还原出原来的语音信号。本系统的混沌序列是由混沌差分方程迭代产生的。凌大旺在此前曾提出了利用基于改进的Wang-Chen算法的离散混沌系统生成混沌序列的方法。发送端的混沌系统方程如下。

 

   式 (1)

 

上试中ed为该离散系统的参数,其中 e=1.0×105d=20.0。该系统使用的是驱动-响应式同步方法,y(1)方程用于产生混沌序列,x方程用于系统的同步。在接收端将语音数据与y(1)方程产生的混沌序列进行运算即可生成密文;接收端将接收到的密文与y(2)所产生的序列进行相应的逆运算,即可解密得到原始的语音数据。接收端的混沌系统方程如下所示。   式 (2)

 

系统的软件模块

 

发送端实现对语音数据的采集、编码及加密;接收端实现对接收的语音数据进行解密、解码并进行播放。其流程分别如图2、图3所示:图 发送端流程图

 

实验结果

 

在开发板上运行程序后,利用示波器分别对采集、加密及解密后的语音信号进行显示并比较。图4为采集的语音信号波形,图5为加密后的语音信号波形,图6为接收端解密后的语音信号波形。由图5可以看出,经加密后的波形类似噪声的波形,表明该混沌加密的效果良好;由图6可以看出本系统失真较小,适合语音的可靠传输。图 采集的语音信号波形图 混沌加密后的信号波形图 解密后的语音信号波形

 

结束语

 

本系统利用WiFi实现了对实时语音信号的可靠、快速的传输,且失真较小。采用了较前沿的WiFi技术与混沌加密技术,且随着语音业务量的逐步增多及ARM技术的发展,该方案有着很好的应用前景。

 

【参考文献】

 

[1]禹思敏.混沌系统与混沌电路:原理、设计及其在通信中的应用[M].西安:西安电子科技大学出版社 ,2011.

 

[2]禹思敏,丘水生.基于超混沌的保密通信系统[J].电波科学学报 ,2001,16(2):266-270.

 

[3]张红,周尚波.混沌理论在密码学中的应用 [J]. 重庆大学学报 自然科学版 ),2004,27(4):39-43.

 

[4]禹思敏,林清华.混沌反馈调制语音保密通信系统[J].通信技术 ,2001,(7):74-77.

 

[5]李宁.Wi-Fi技术在家庭无线网络中的应用研究[J];数字技术与应用 ;2012 年 04 

 

[6]凌大旺.基于离散混沌映射的数字图像加密技术硏究与实现[D].广东 广州 广东工业大学 ,2012.

 

【作者简介】

 

颜珏明,男,1986 年生,汉,湖南邵阳人,在读硕士研究生,研究方向:混沌保密通信。

 

甘秋业,男,1989 年生,汉,广东云浮人,在读硕士研究生,研究方向:混沌保密通信。

 

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