基于無線超短波的混沌語音保密通信系統設計

摘 要:本文提出了一種新的數字語音保密通信系統設計方案。該方案以ATMEGA128單片機為核心，采用改進的混沌算法進行語音加密。本文系統地介紹了語音保密通信系統的工作原理和工作過程，重點敘述了混沌加密模塊。實驗結果表明，該方案具有良好的語音加密性能。

關鍵詞:單片機 混沌加密 語音加密

中圖分類號:TN91文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0024-01

Abstract:This paper proposes a new digital voice secure communication system design.The program ATMEGA128 microcontroller as the core，chaos algorithm for voice encryption.This paper systematically introduces the working principle and process of the voice secure communication system mainly describes the chaotic encryption module.The experimental results show that the program has a good voice encryption performance.

Keywords:microcontroller Chaotic Encryption Voice Encryption

語音通信是人們最常用、最方便的通信方式之一。隨著通信技術的不斷發展和進步，對于通信的質量、安全性和可靠性都提出了較高的要求。加密技術成為語音通信的核心技術，縱觀密碼學知識可以知道，混沌信號具有非周期性、連續寬頻帶、似噪聲等特點，特別適合應用于保密通信中。目前利用混沌系統進行加密主要有三種方式:混沌掩蓋、混沌參數調制和混沌鍵控。它們都是以混沌同步為基礎。混沌掩蓋既可以掩蓋模擬信號又可以掩蓋數字信號，而混沌參數調制和混沌鍵控主要用來傳輸數字信號。混沌掩蓋只能傳輸能量較小的信號，即使是掩蓋小能量信號，混沌信號遮掩有用信號的方式主要是相乘、相加和異或，所以很容易受到分析者的攻擊;混沌參數調制只適用于慢變信號，對快變信號和時變信號還不能很好的處理，對外界的干擾也很敏感。與前兩種通信方式相比，混沌鍵控抗噪聲和參數失配的能力較強，克服了混沌遮掩通信方式中要求混沌載波功率遠大于有用信號功率的缺點。本文所提出的無線語音保密通信系統設計方案，首先將語音信號數字化，而后用一種混沌序列對數據進行加密并通過無線超短波發射出去，同時在接受端有對應的解密設計。此種方案能較好地滿足我們在實際中對語音通信安全性和實時性的要求。

1 系統工作原理

本系統的硬件電路主要有主控制模塊、語音數字化模塊、混沌加密模塊和無線超短波發射模塊組成:以單片機ATMEGA128為核心的中央處理器，輔以外圍信號采集、A/D轉換、信號壓縮編碼、混沌加密和無線發射。

2 混沌信號的產生和加密

2.1 混沌序列的產生

混沌是指確定的非線性系統在一定條件下所呈現的不確定的隨機現象。混沌運動具有對初值的高度敏感性、運動軌跡的遍歷性、非相關性和隨機性等特點。混沌序列產生的方法有很多種，本文采用一種應用最廣泛的Logistic方程產生混沌序列。Logistic映射形式如式(1)所示。

(1)

式(1)中，稱為分岔參數，，Logistic映射是經過倍周期分岔達到混沌的，Logistic分岔，為式(1)中的穩定點。當3.5699456＜μ≤4時，Logistic映射工作于混沌狀態。

2.2 混沌加密

混沌鍵控通信是一種用于傳輸數字信號的調制方式，以其具有較強的抗噪聲、抗干擾能力、保密性強和頻帶利用率高等優點，使其一直被應用于數字通信中。現有的鍵控方式有混沌移位鍵控(CSK)、混沌開關鍵控(COOK)、差分鍵控(DCSK)等。DCSK是目前相對于其他鍵控最好的調制方式，但是DCSK存在傳輸速率不高和頻帶利用率低等缺點。為了改善其缺點，本文設計一種改進型的DCSK方案，就是在原有的DCSK調制時加一個延遲。

在發送端把開關換作加法器，使發送端可以連續工作，同時也避免了信號的重復發送。在發送端，混沌信號經過延遲后的與數字化的語音信號進行迭代，使其產生的信號再與原始的語音信號和混沌序列再次疊加輸出加密后的信號。

在Matlab2011a、WindowsXP環境下編寫相關函數進行試驗，實驗結果表明，加密后的語音波形分布均勻，能抵御統計分析方法的攻擊，證明其可實行。同時改進型的DCSK的傳輸速率提高了一倍，并且保密也有一定的提高。

3 結語

在Logistic映射基礎上，對DCSK方式進行改進，仿真分析驗證了，改進后的DCSK方案與傳統的方案相比在頻帶利用率和傳輸效率上提高了一倍，且具有很強的抗攻擊性能。無線數字通信比有線通信實現起來難度要大，且要求很高的實時性。本方案采用單片機作為控制中心，成功的實現了語音信號的混沌加/解密、無線發射和接收。改進后的混沌加密方案適合于應用到實際的數字保密通信的語音的加密傳輸中，且易于實現。可見，這種改進是有意義的。為推廣混沌數字保密通信奠定了很好的基礎。

參考文獻

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