專利名稱：一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信的端到端語音加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于低速窄帶無線通信系統(tǒng)的端到端語音加密方 法，可應(yīng)用于多種體制的數(shù)字移動通信系統(tǒng)。這里以DMR數(shù)字集群系統(tǒng)為例進行說明。1、端到端加密語音編碼方案在進行明語通信時，DMR系統(tǒng)選用了碼率為2. 4Kbps的語音編碼算法。采用端到 端語音加密時，為了傳遞語音幀序列號，本發(fā)明需要占用60ms語音幀中的15bits。這樣， 60ms語音編碼后的數(shù)據(jù)長度需縮短為129bits，即采用端到端加密時實際語音編碼速率降 為2. 15Kbps。用于端到端加密的語音幀結(jié)構(gòu)，如

圖1所示。15bits的語音幀序列號可以支持的通話時長為215X60ms = 32. 768分鐘。表1 同步控制幀結(jié)構(gòu)
內(nèi)容長度說明Initialization Vector(IV)48初始向量Key Index (ΚΙ)4密鑰索引Cryptographic Checksum (CCSUM)20密碼校驗和CCSUM通過對錯誤！未找到引用源。中的數(shù)據(jù)應(yīng)用完整性校驗算法計算得到。表2密碼校驗和CCSUM的計算
內(nèi)容長度說明Initialization Vector(IV)48初始向量Key Index(KI)4密鑰索引TMSI24被叫移動用戶身份碼SMSI24主叫移動用戶身份碼G/I1組/個呼標識T27呼叫發(fā)起時間注TMSI(Target Mobile Subscriber Identity,被叫移動用戶身份碼)、 SMSI(SourceMobiIe Subscriber Identity,主叫移動用戶身份碼)、G/I(Group/ Individual，組呼/個呼標識)等信息從呼叫控制信令中獲得，T是從主叫方的安全時鐘中 提取的呼叫發(fā)起時間。同步控制幀可以通過PI頭(PI Header)形式發(fā)送，如錯誤！未找到引用源。所示， 也可以通過嵌入式FLC信令(Embedded Full Link Control Signalling)形式發(fā)送，如錯 誤！未找到引用源。所示。
在嵌入式FLC信令中，使用EMB字段中的PI來指示其是否為同步控制幀，如錯誤！ 未找到引用源。所示。表3 PI字段定義
權(quán)利要求
1.一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，其特征在于，包含以 下步驟步驟1 端到端加密通信前的準備；步驟2 主叫方在端到端加密通信開始時，首先發(fā)送呼叫控制信令及端到端語音加密 同步控制幀，然后開始連續(xù)發(fā)送攜帶語音幀序列號的加密語音；在通信持續(xù)的過程中，主叫 方仍可周期性地發(fā)送呼叫控制信令及端到端語音加密同步控制幀，以保證遲后進入的被叫 方也可以解密語音；步驟3 被叫方在接收到呼叫控制信令及合法的同步控制幀后，立刻進入端到端語音 解密流程，將攜帶語音幀序列號的加密語音還原成明文語音。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方 法，其特征在于，所述步驟1中包含如下兩個部分(1)在主被叫方設(shè)備中分別設(shè)置安全時鐘，通過特定機制保證安全時鐘與標準時鐘的 誤差在端到端語音加密機制的允許范圍之內(nèi)；(2)建立并維護端到端加密密鑰映射表，通過查詢該表，確定端到端加密所使用的密 鑰；對于個呼，由主被叫方身份來確定密鑰；對于組呼，由被叫方身份來確定密鑰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方 法，其特征在于，所述步驟2流程如下(1)根據(jù)通話基本信息構(gòu)造呼叫控制信令，并在整個通話過程中周期性發(fā)送；(2)根據(jù)通話基本信息確定通信加密密鑰TEK和密鑰索引KI；由隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生初 始向量IV ；從安全時鐘提取通話發(fā)起時間T ；計算同步控制幀密碼校驗和CCSUM ；構(gòu)造同步 控制幀，并在整個通話過程中周期性發(fā)送；(3)對一次通話中的每幀語音，按時間先后順序指定一序列號；以語音幀序列號、初始 向量IV以及時間T作為加密算法輸入，計算出加密各語音幀的密鑰流；每幀語音與對應(yīng)的 密鑰流異或后，與其語音幀序列號拼接后發(fā)送。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方 法，其特征在于，所述密鑰流依靠同步向量來實現(xiàn)同步，所述同步向量由三部分組成(1)初始向量，該初始向量在通話開始時選定，在整個通話過程中保持不變；(2)安全時鐘的時間，該安全時鐘的誤差要求根據(jù)初始向量的長度來確定；(3)語音幀序列號，所述語音幀序列號從0開始計數(shù)，逐幀加1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方 法，其特征在于，同步控制信息中的初始向量、安全時鐘、密鑰信息在一次通話中保持不變， 語音幀序列號隨語音幀的變化而變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方 法，其特征在于，所述步驟3具體的流程包括(1)從呼叫控制信令中獲取通話基本信息；(2)從控制信令中獲取同步控制幀；根據(jù)通話基本信息和同步控制幀中的密鑰索引 KI選擇通信加密密鑰TEK ；從安全時鐘提取時間Tk ；根據(jù)時間Tk及同步控制幀密碼校驗和 CCSUM，確定通話發(fā)起時間T ；從同步控制幀中提取初始向量IV ；(3)從每幀語音中提取語音幀序列號；以語音幀序列號、初始向量IV以及時間T作為加密算法輸入，計算出解密各語音幀的密鑰流；每幀語音與對應(yīng)的密鑰流異或后，即可獲得 解密語音。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種用于低速窄帶無線數(shù)字通信系統(tǒng)的端到端語音加密方法，其主要思想是，將一次通話過程中的同步控制信息分成兩部分一部分在整個通話過程中不變，另一部分則隨著語音幀不斷變化。其中，不變的部分通過控制信令在呼叫開始時發(fā)送，變化的部分隨著語音數(shù)據(jù)一起發(fā)送。這樣，需要頻繁發(fā)送的同步控制信息被有效地減少了。本發(fā)明中所提的同步機制具有以下優(yōu)點(1)避免了語音中斷的問題，保證了語音的連貫性。(2)在通話過程中，不需要頻繁的進行同步控制信息的合法性校驗，有效地提高了同步效率。(3)避免出現(xiàn)多個連續(xù)的語音幀無法解密的情況。(4)解決了低速窄帶無線通信系統(tǒng)中由于承載能力有限而引發(fā)的問題。
文檔編號H04B7/26GK102006593SQ201010524430
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者周昕, 朱振榮, 王為民, 蔣慶生, 錢志紅, 陳妍 申請人:公安部第一研究所, 北京中盾安全技術(shù)開發(fā)有限公司, 北京迅安網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有限責任公司