語(yǔ)音通信保密系統設計

摘要：針對語(yǔ)音通信過(guò)程中的安全性問(wèn)題，設計了一種基于單片機的通信保密系統。該系統主要分為保密發(fā)送模塊與保密接收模塊，可以實(shí)現普通通話(huà)與保密通話(huà)兩種功能，通過(guò)運用單片機產(chǎn)生隨機密鑰從而實(shí)現同步保密通訊。測試結果表明，該系統能夠實(shí)現通信保密的功能，且可實(shí)現模塊小型化，便于制成保密度較高的通信保密工具。
關(guān)鍵詞：語(yǔ)音通信；測試；單片機；保密

現在的社會(huì )是一個(gè)高度信息化的社會(huì )，手機、可視電話(huà)、多媒體、網(wǎng)上視頻聊天等多種語(yǔ)音視頻通信方式日益普及化。伴隨而來(lái)的是通信安全問(wèn)題，隨著(zhù)當今社會(huì )通信技術(shù)的發(fā)展，遠程監聽(tīng)、盜聽(tīng)等一系列安全問(wèn)題不斷出現，如何有效地保護好語(yǔ)音通信的安全、防止信息被竊聽(tīng)成為了時(shí)下人們討論以及研究的焦點(diǎn)，因此，針對這些問(wèn)題，各種語(yǔ)音保密電路以及加密器件應運而生。如今，通信保密技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于民間通信與軍事科技通訊中。
本文從低成本角度考慮，以51單片機為核心，設計一個(gè)能夠為一般通信裝置進(jìn)行通信活動(dòng)提供安全保障的語(yǔ)音通信保密系統。該系統可以通過(guò)設置密鑰，來(lái)確保通信內容的語(yǔ)音發(fā)送加密和語(yǔ)音接收解密，保障在兩個(gè)通信設備之間通信時(shí)，通過(guò)該系統的保障，可以防止語(yǔ)音內容在網(wǎng)絡(luò )上被其他通信系統所攔截竊聽(tīng)。

1 總體方案設計
總體方案是通過(guò)保密總開(kāi)關(guān)控制系統實(shí)現通信過(guò)程中的保密控制，整個(gè)系統可以實(shí)現普通通信和保密通信兩種功能。語(yǔ)音通信保密設計的總體系統框圖如圖1所示。其具體設計思路是：由單片機及一些外圍元件組成的保密電路模塊，一個(gè)作為保密模塊的發(fā)送端，一個(gè)作為保密模塊的接收端。在語(yǔ)音通信過(guò)程中，發(fā)送裝置的語(yǔ)音信號經(jīng)保密模塊的發(fā)送端與接收端再到語(yǔ)音接收裝置，在發(fā)送端與接收端之間用竊聽(tīng)裝置竊聽(tīng)。只要系統啟用保密控制開(kāi)關(guān)，那么系統將進(jìn)入保密通信之中，竊聽(tīng)者只能聽(tīng)到失真的語(yǔ)音，這樣就達到了系統的功能。

2 系統硬件設計
語(yǔ)音通信保密系統主要由語(yǔ)音保密模塊、發(fā)送端單片機模塊、接收端單片機模塊及相關(guān)顯示功能電路組成。
2．1 語(yǔ)音保密模塊電路設計
語(yǔ)音保密模塊在通信保密系統中主要負責對模擬的語(yǔ)音信號進(jìn)行置亂與去亂的技術(shù)。模塊采用日本AKM開(kāi)發(fā)的AK2356，這是一種專(zhuān)門(mén)用于電話(huà)通信保密的基于CMOS工藝的集成電路芯片，24個(gè)引腳，有直插式的也有貼片式的，隨后又發(fā)展成了不同型號，該芯片采用頻率倒置這種語(yǔ)音保密技術(shù)，即把語(yǔ)音信號的高頻部分和低頻部分進(jìn)行交換，在主頻確定的情況下，可以改變載頻控制開(kāi)關(guān)(13腳和14腳)的狀態(tài)來(lái)選擇四種不同的頻率，從而實(shí)現語(yǔ)音加密。AK2356通過(guò)與一些外圍元件的組合形成了基本通用型保密電路模塊，其具體電路圖如圖2所示。

2．2 發(fā)送端單片機模塊電路設計
上述構建的語(yǔ)音保密模塊雖然能實(shí)現通信的保密功能，但由于僅有4種語(yǔ)音加密方式，容易被破譯，為了克服這種問(wèn)題，引入單片機系統來(lái)隨機產(chǎn)生隨機同步密鑰，控制語(yǔ)音保密模塊從而實(shí)現動(dòng)態(tài)加密。
從成本等角度考慮，選用了STC89C51這種低功耗、高性能8位微型控制器，再加上一些外圍所需的元件以及與AK2356相連接所需的控制端口，即完成了發(fā)送端單片機模塊電路設計。單片機P1．1、P1．2口分別連接芯片AK2356的兩個(gè)頻率選擇開(kāi)關(guān)，同時(shí)又分別連接兩個(gè)LED燈，通過(guò)LED燈的亮暗來(lái)顯示究竟使用了哪一種調制、解調頻率。單片機P2．0口作為加密控制開(kāi)關(guān)，通過(guò)按下與否來(lái)表示是否使用語(yǔ)音加密功能。一旦系統使用了加密功能，P2．0口按下，單片機內部程序檢測到P2．0口被按下，那么與AK2356加密控制端連接的P2．1口就會(huì )起作用，使芯片AK2356處于語(yǔ)音加密狀態(tài)。單片機P3．2口用于發(fā)送同步碼。
2．3 接收端單片機模塊電路設計
單片機的P1．1、P1．2口還是分別連接芯片AK2356的頻率選擇開(kāi)關(guān)，同樣在P1．1、P1．2口可以分別連接兩個(gè)LED燈，通過(guò)LED燈的亮暗來(lái)顯示究竟使用了哪一種調制、解調頻率。P2．0口用于控制AK2356加密控制端，而單片機的P3．0以及P3．1口通過(guò)內部程序用來(lái)檢測并接收發(fā)送端單片機模塊電路產(chǎn)生的同步碼。

3 系統軟件設計
為了系統調試的方便性，系統軟件方面主要包含發(fā)送端子程序、編碼發(fā)送子程序、同步碼子程序、接收端子程序等幾部分獨立模塊的設計，系統軟件結構圖如圖3所示。

在要進(jìn)行保密通信的過(guò)程中，保密發(fā)送端的單片機通過(guò)不斷調用鍵盤(pán)掃描程序對單片機的P2．0口進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，若掃描到其為低電平，則說(shuō)明保密控制按鍵被按下，然后單片機的P2．1口會(huì )置為低電平，即啟動(dòng)語(yǔ)音加密，接下來(lái)系統會(huì )對AK2356的兩個(gè)頻率選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)行隨機置位，單片機隨即會(huì )讀出兩個(gè)頻率選擇開(kāi)關(guān)的電平值，根據兩者的電平狀態(tài)來(lái)選取對應的脈沖編碼數目，然后執行編碼發(fā)送程序發(fā)送同步碼信息，最后由單片機的P3．2口發(fā)送同步脈沖信號。