1 系統(tǒng)概述
本設(shè)計(jì)利用DSP開(kāi)發(fā)板的強(qiáng)大運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)了多種需要進(jìn)行大量運(yùn)算的信息安全算法,。實(shí)現(xiàn)了開(kāi)機(jī)用戶認(rèn)證,、語(yǔ)音保密通信" target="_blank">語(yǔ)音保密通信[1][2]、文字信息加密傳輸,、信息隱藏傳輸[3],、跳頻通信[4]、信息安全存儲(chǔ)備份,、定時(shí)鎖機(jī)和終端銷(xiāo)毀,，七項(xiàng)安全功能。整個(gè)設(shè)計(jì)基于ICETEK-VC5509-A開(kāi)發(fā)板,，系統(tǒng)的硬件部分還外加了無(wú)線射頻模塊nRF24L01[5],、8×8鍵盤(pán)和128×64藍(lán)屏液晶。芯片ZLG7289B[6]用于鍵盤(pán)掃描管理,，液晶的驅(qū)動(dòng)采用MEGA16[7]單片機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)不但實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的保密語(yǔ)音通信,，還具有良好的人機(jī)交互功能,。
系統(tǒng)利用上電到輸入密碼時(shí)間的不確定性,，隨機(jī)生成用戶私鑰，通過(guò)Diffie-Hellman[8]密鑰交換體制(ECC實(shí)現(xiàn))生成會(huì)話密鑰,。為了提高保密通信的安全性和靈活性,，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了可供選擇4種加密算法AES[9]、RC5[10],、IDEA[11],、KASUMI[12]和可配置參數(shù)的LSB[13]信息隱藏算法。我們自主開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了USB驅(qū)動(dòng)[14],，使得開(kāi)發(fā)板能夠和PC機(jī)直接通信,，這也為信息存儲(chǔ)備份提供了便捷。除此之外,，系統(tǒng)能夠設(shè)定自動(dòng)鎖機(jī)的時(shí)間,。
整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸模型如圖1-1所示。
 |
|
圖1-1 系統(tǒng)傳輸模型 |
2 方案設(shè)計(jì)與比較
2.1 系統(tǒng)安全方案
方案一：預(yù)置密鑰,，定期更換密鑰,，用對(duì)稱(chēng)密碼體制進(jìn)行數(shù)據(jù)加密。PC機(jī)通過(guò)USB向終端預(yù)置密鑰,，通信時(shí)采用預(yù)置的密鑰進(jìn)行對(duì)稱(chēng)加密,。統(tǒng)的安全性在一定程度上依賴于密鑰的更新周期，而在實(shí)際應(yīng)用中,，縮短密鑰的更新周期比較麻煩,。
方案二：密鑰交換基于公鑰密碼體制，數(shù)據(jù)加密基于對(duì)稱(chēng)密碼體制,。PC機(jī)通過(guò)USB向終端寫(xiě)入公鑰算法的參數(shù),。開(kāi)機(jī)后，A,、B隨機(jī)生成自己的私鑰,計(jì)算得到自己的公鑰,，并向?qū)Ψ焦_(kāi)自己的公鑰。A使用自己的私鑰和B的公鑰生成會(huì)話密鑰,，B通過(guò)自己的私鑰和A 的公鑰生成會(huì)話密鑰,，且會(huì)話密鑰相同。通信結(jié)束后清除該次生成的私鑰,、公鑰和會(huì)話密鑰,，下次開(kāi)機(jī)則重復(fù)上述會(huì)話密鑰的生成過(guò)程。
方案二的實(shí)現(xiàn)較方案一更為復(fù)雜,。但考慮到方案二的安全性更高,，且方案二在保證會(huì)話密鑰安全性的前提下，有效的縮短了會(huì)話密鑰的生存期，提高通信的安全性,。另外,，還可以通過(guò)PC機(jī)定期更新公鑰參數(shù)。再加上方案二更適合于無(wú)線移動(dòng)通信,，符合我們的設(shè)計(jì)背景,，因此我們采用方案二。
2.2 語(yǔ)音編碼方案
方案一：采用G.721編碼[15][16],。它結(jié)合了ADM的差分信號(hào)與PCM的二進(jìn)制碼方法,，是一種性能較好的波形編碼。ADPCM的復(fù)雜度較低,，編碼前后的壓縮比為4比1,，其主要思想是用差值代替絕對(duì)值。
方案二：采用基于碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)算法的開(kāi)源語(yǔ)音編解碼Speex[17][18],。Speex主要面向Internet上的VoIP(Voice over Internet Protocol)語(yǔ)音通信,。其主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了提供高質(zhì)量和低比特率的語(yǔ)音編碼。Speex可以在同一個(gè)比特流中對(duì)語(yǔ)音信號(hào)實(shí)現(xiàn)窄帶(8kHz),、寬帶(16kHz)和超寬帶(32kHz)的壓縮;壓縮比能夠達(dá)到16比1,。Speex雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是Speex編解碼算法復(fù)雜,，運(yùn)行該算法需要的硬件配置較高,。