[發明專利]一種單芯片門衛式端對端語音密碼機

有效

• 申請號: 202110742444.2
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113328857B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 高平;趙耿;范保連;張壘;高文博;常江
• 申請（專利權）人: 北京創聯易訊科技有限公司
• 主分類號: H04L9/30
• 分類號: H04L9/30;H04L9/08;H04L9/06;H04L9/00
• 代理公司: 北京清控智云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11919
• 代理人: 馬肅

1.一種單芯片門衛式端對端語音密碼機，包括拾音MIC、AD/DA轉換模塊、本端藍牙模塊、手機藍牙模塊和SPK播放模塊，所述MIC用于采集模擬語音信號，所述AD/DA轉換模塊用于將模擬語音信號與數字信號相互轉換，所述本端藍牙模塊和手機藍牙模塊用于將所述數字信號調制成藍牙信號并在手機與本端藍牙耳機之間傳送，所述SPK播放模塊用于播放模擬語音信號；

其特征在于，所述語音密碼機還包括編解碼模塊、加解密模塊和調制解調MODEM；

所述編解碼模塊包括A1、A2兩個功能：

A1、采用低速率語音編碼技術，對經過A/D轉化后的PCM語音信號進行壓縮編碼；

A2、對解密后的低速率語音進行解碼，送D/A播放；

所述調制解調MODEM包括B1、B2兩個功能：

B1、將加密后的語音信號，調制到PCM語音信號，送藍牙模塊；

B2、將手機藍牙送來的對端調制信號解調，送加解密模塊解密；

所述加解密模塊包括C1、C2兩個功能：

C1、對低速率語音信號進行加密；

C2、對解調后的加密數據進行解密；

加解密算法采用基于混沌的雙模塊Feistel結構高安全性高速分組密碼算法，包括算法約定、算法準備和加解密三個部分；

所述算法約定包括如下四個約定內容：

Y1、1字節/byte=8比特/位/bit；

Y2、加密系統是64位，使用雙精度的浮點數運算，即1位符號位，11位指數位，52位小數位；

Y3、序列和向量均指行向量；

Y4、長度為n的向量x寫為，矩陣n*m的矩陣X寫為；

定義單向耦合映像網絡：

；

其中，n=0，1，2...為離散時間坐標，i=1，2，3，...L為離散空間坐標，表示離散空間第i個格點在時刻n的狀態值，L表示格子的數目，為耦合強度；

上式的邊界條件為：

；

子系統采用Logistic映射：

；

所述算法準備包括時空混沌系統產生序列、生成密鑰流和子密鑰和生成S盒三部分；

所述時空混沌系統產生序列的處理函數為；

其中，K為密鑰，n₀，n為輸出長度，密鑰K是一個長度為8向量：；n₀表示混沌迭代初始次數，n表示后續迭代次數；

seqM為時空混沌序列，是一個矩陣，其大小為，存儲的數為64位雙精度浮點數；

時空混沌系統產生序列的處理函數的具體內容包括如下步驟：

S1、將密鑰轉為混沌初始值，它們為雙精度浮點數，轉化規則如下：

S2、使用步驟S1得到的x₀作為初始值，根據S1中的公式組迭代時空混沌系統n₀+n次，系統參數，L=8；

S3、拋棄時空混沌系統前n₀次的狀態值，保存后n次的狀態值seqM，其大小為；

所述生成密鑰流和子密鑰的處理函數為；

其中，n_ks表示加密過程使用的所有子密鑰的總長度，KS是一個向量，其長度為n_ks；

生成密鑰流和子密鑰的處理函數的具體內容包括如下步驟：

S21、將seqM轉為向量seqV，其大小為8n；

S22、通過以下規則將seqV轉為8bit的密鑰流序列：

；

S23、取seqV的前n_ks個元素作為子密鑰，；

所述生成S盒的處理函數為；

其中，雙S盒S1、S2均是16*16的雙射表，S盒和密鑰流分別使用同一個時空混沌序列的不同部分；

生成S盒的處理函數的具體內容包括如下步驟：

S31、初始化S盒S1和S2，賦值為0-255，具體規則如下：

S2=S1；

S32、構造兩個16*16的隨機矩陣RM1，RM2，分別取KS的256個元素，，將兩者逐行掃描的形式轉為16*16的隨機矩陣RM1，RM2；

S33、通過RM1，RM2隨機化初始的S1，S2，為了達到這一目標，對S1，S2的元素進行兩兩交換操作，定義為：

；

其中，i，j=0,1,2,3，...15，分別表示取bit數的最高4位和最低4位，的操作表示在S盒S1上，將位置（i，j）和位置（j，i）的兩個數進行交換，按順序進行256次操作，注意每一次交換后S1將自動更新，最終獲得隨機化的S1，同理，通過可以獲得隨機化的S2；

所述加解密包括加密和解密兩個部分，加密部分的處理函數為；

其中M為明文分組，blen為分組長度，round為加密輪數，C為密文分組；

明文分組支持128位和256位兩種模式，對應16個字節和32個字節，子密鑰長度為7*blen；

所述加密過程采用端對端加密，一次一算法。

2.如權利要求1所述的一種單芯片門衛式端對端語音密碼機，其特征在于，所述密碼機的工作狀態分為明話模式和密話模式，上電開機默認進入明話模式，確認，撥通電話確認身份，需要進行密話通話時按切換鍵進入密話模式，加密終端開始握手協商秘鑰，秘鑰協商成功提示建鏈成功，可進行密話通信。