海事短波语音数字加密通信系统

2016-10-19姚萍萍广州通信中心

珠江水运 2016年19期

关键词：短波解密海事

◎ 姚萍萍广州通信中心

海事短波语音数字加密通信系统

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海事短波语音数字加密通信系统能够满足海上的通信需求，并解决海上通信加密问题。本文以海事短波语言数字加密通信系统中心论点，先是概述了海事短波语音数字加密通信系统，然后详细阐述了该系统的设计和实现原理。

海事短波语音数字加密通信系统

随着我国经济的发展，海事事务逐渐受到人们的关注。而海事短波语言数字加密通信系统既能保证海上传输信息的安全性，也能抵抗大风等恶劣天气的干扰。因而，为了提高我国海洋通讯的水平，促进海洋事业的快速发展，应当加强海事短波语音数字加密通信系统的构建。

1.海事短波语音数字加密通信系统概述

近年来，随着我国军事力量的提升，海事通信安全问题日益突出。尤其是在海洋通信方面，短波通信的应用越来越广泛。另外，语音通信加密的方式包括模拟加密和数字加密两种。模拟加密方式又可分为时间域加密、频率域加密、变换域加密和多维域加密。模拟加密的优点在于简单、宽带兆宽小。其缺点在于不安全、修改困难大。而数字加密在我国无线通信技术不断发展和完善的背景下，也逐渐受到人们的重视。如卫星通信技术、GSM技术等都为数字加密提供了可靠的技术支持。

2.海事短波语音数字加密通信系统设计

2.1结构设计

根据海事事务的具体需求，该海事短波语音数字加密通信系统主要是以独立系统的形式存在。该独立系统包括嵌入式微处理器、输入端、输出端，且系统所处位置是在电台的话筒和设备之间。在实际工作过程中，只需利用电缆将系统输出端与收发机相连，并将短波电台手柄线连接到系统输入端，即可实现完整的语音数字加密。另外，系统还设有开关，平常处于自动打开的状态，当按下时即可进行系统语音加密。

2.2实现原理

短波语音数字加密通信系统的工作流程是：模拟语音、摸数变换电路、声码化编码、加密、调制。解密过程中是解调、解密、声码化解码、摸数变换电路。其中摸数变换电路的主要作用是进行语音数字信息的收集和采用。声码化编码主要就是进行声音的编码加密，以保证数字信号的安全性。调制是将数字信号调制成模拟信号，并传送至短波电台。而在解密的过程中，模拟信号会被解调成数字信号，并进入到解密模块进行解密，而后才会被传送至声码化模块。总的来说，解密和加密过程是两个相反的过程。

2.3技术分析

随着我国通信技术的发展，短波通信也在不断的发展和完善。该海事短波语音数字加密通信系统所用到的技术包括数字技术和模拟技术、声码化编码技术、流加密技术。

其中数字技术和模拟技术主要用于数字信号和模拟信号的传输。两者的工作原理是不相同的。模拟型号是呈正弦波形，通常家用有线电视、早起的大哥大手机都是模拟信号。数字信号主要是应用在手机方面。在该系统中进行数字信号和模拟信号转换的是调制和解调部分。所谓调制就是指将模拟信号进行抽样量化，并以二进制进行调制。而解调是调制的逆过程。解调方式是根据调制方式而定的。比较常用的解调方式包括正弦波解调和脉冲波解调。解调的工作过程主要就是将处于载波附近的信号频谱转移到基带中，然后利用滤波器，滤出基带信号，从而完成解调任务。

加密解密算法的种类比较多。常见的加密解密算法包括安全散列算法SHA、RSA算法、数据加密标准DES、BASE64。其中 SHA是一种数据加密算法，该算法的思想是接收一段明文，然后以一种不可逆的方式将它转换成一段（通常更小）密文，也可以简单的理解为取一串输入码（称为预映射或信息），并把它们转化为长度较短、位数固定的输出序列即散列值（也称为信息摘要或信息认证代码）的过程。而RSA算法是用于加密和数字签名的算法，主要优点是便于简单。但是产生密钥过程繁琐、安全性低、算法长度越长保密性越好。选择加密解密算法需要根据实际的环境需要。而该系统主要用到的是流密码加密方式。流密码就是使用较短的一串数字，来生成无限长的伪随机密码流，当然事实上只需要生成和明文长度一样的密码流就够了。如一个非常简单的流密码算法是，用6个比特位101100做密钥，将它不断重复得到密码流101100101100101100....直到和明文长度相等，然后将密码流和明文“相加”就得到密文了，解密就是将这个密码流和密文“相加”。流密码算法的特殊名称—维吉尼亚密码，当然这里密钥长度可以不是6。之所以选择流密码加密方式是因为该系统采用的是声码化编码方式，平均每帧的数据量比较小，而流密码的安全性和保密性主要是取决于密钥序列。

声码化编码是指参数编码，主要是提取语音信号特征参数，并进行提取而后重新构建语音信号，既要保证原语音的语义气，也要尽可能的提高语音的可懂度。如果从信号角度考虑，语音信号主要是由音素组成。所谓音素，包括清音和浊音两种。若干个音素结合可形成音节。语音信号的主要产生过程是：如果处于浊音状态下，激励信号经由周期脉冲之后，会产生冲激序列。如果处在清音的状态下，激励信号经由随机噪声发生器会产生呈高斯分布式的序列。假设冲激序列的周期为N，那么每个N，就会出现一个脉冲。该冲激序列的周期计算方式是序列的采样率与音频的比值。同时假设如果高斯分布式序列的方差为1，均值为0,那么有可能冲激信号频谱等于声门气流脉冲频谱。据有关数据显示：对于声道参数而言，如果能够在30毫秒内保持值不变，则语音分析帧长保持在20毫秒之内。对于激励参数而言，能够在5毫秒内保持长度不变。该系统在采用改进算法之后，系统数据率值在2050千帕，帧持续时长微20毫秒左右，长度约为41字节。

2.4测试

在系统设计完成后，需要对系统进行测试、分析。该海事短波语音数字加密通信系统进行测试时，选择了广州、海口到天津的远距离通信实验。目前通用的通信系统评价方式主要以国际MOS评分法为主。该评分方式满分设五分。共分三个层次：4.0-4.5分、3.5分、3.0分以下。据测试显示：当信噪比超过15分贝时，其通信质量能够接收。实验的平均信噪比在30分贝左右，其网络通信语音值在3.2左右，达到了国际评分标准。这也就是表明，该系统的设计比较合理，能够用于海上事务的通信工作中。总得来说，该系统采用的流加密算法，独立的处理系统，较高的网路通信质量都能够使其达到现代海事短波通信体制的要求。鉴于此，我国一方面要重视该系统的应用。另一方面应当重视利用最新的科学技术，不断完善该系统，以弥补其中的不足，并最终提升我国海事通短波通信的技术水平，促进我国海洋事业的发展。