1. Trang Chủ
  2. An ninh - Bảo mật
  3. Bảo mật thoại đầu cuối với MDCT

Bảo mật thoại đầu cuối với MDCT

Bảo mật thoại biến đổi miền thao tác trên tập những hệ số biến đổi tuyến tính của những mẫu tín hiệu tiếng nói. Những biến đổi được sử dụng là DFT, DCT, FTH. Những biến đổi này thực hiện khối/khối. Bài báo này trình bày giải pháp sử dụng biến đổi chồng lấp trực giao MDCT bảo mật tín hiệu thoại thu được độ lợi về che dấu lỗi cỡ 1dB. Kü thuËt ®iÖn tö & Khoa häc m¸y tÝnh B¶o mËt tho¹i ®Çu cuèi víi mdct La H÷u Phóc Tãm t¾t: B¶o mËt tho¹i biÕn ®æi miÒn thao t¸c trªn tËp nh÷ng hÖ sè biÕn ®æi tuyÕn tÝn

Thể loại Tài liệu miễn phí An ninh - Bảo mật

Số trang 7

Ngày tạo 8/15/2019 12:16:57 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.26 M

Tên tệp

Tải Bảo mật thoại đầu cuối với MDCT (.pdf)

Xem mẫu

  1. Kü thuËt ®iÖn tö & Khoa häc m¸y tÝnh B¶o mËt tho¹i ®Çu cuèi víi mdct La H÷u Phóc Tãm t¾t: B¶o mËt tho¹i biÕn ®æi miÒn thao t¸c trªn tËp nh÷ng hÖ sè biÕn ®æi tuyÕn tÝnh cña nh÷ng mÉu tÝn hiÖu tiÕng nãi. Nh÷ng biÕn ®æi ®­îc sö dông lµ DFT, DCT, FTH. Nh÷ng biÕn ®æi nµy thùc hiÖn khèi/khèi. Bµi b¸o nµy tr×nh bµy gi¶i ph¸p sö dông biÕn ®æi chång lÊp trùc giao MDCT b¶o mËt tÝn hiÖu tho¹i thu ®­îc ®é lîi vÒ che dÊu lçi cì 1dB. Tõ khãa: BiÕn ®æi DFT, BiÕn ®æi DCT, biÕn ®æi FTH, B¶o mËt tho¹i. 1. Më ®Çu B¶o mËt tho¹i t­¬ng tù tuy cã ®é mËt kh«ng cao khi so s¸nh víi b¶o mËt sè nh­ng cã lîi thÕ dÔ dµng ghÐp nèi víi c¸c kªnh truyÒn th«ng vµ ®é phøc t¹p thÊp. B¶o mËt tho¹i t­¬ng tù th­êng ®­îc dïng trong b¶o vÖ th«ng tin riªng t­, c¸ nh©n, nh¹y c¶m vµ nh÷ng th«ng tin cÊp chiÕn thuËt. Trong mét thêi gian dµi, nh÷ng nghiªn cøu vÒ b¶o mËt tÝn hiÖu tho¹i trªn c¬ së thao t¸c trªn biªn ®é, tÇn sè, thêi gian vµ ®ång thêi hai miÒn cña tÝn hiÖu tho¹i cho kh«ng gian khãa nhá, ®é phøc t¹p ph©n tÝch m· kh«ng cao[ 1] [2]. Ph­¬ng ph¸p m· trªn c¬ së x¸o trén c¸c hÖ sè cña biÕn ®æi DFT ra ®êi [9], cho kh«ng gian khãa lín, c¶i thiÖn ®¸ng kÓ ®é phøc t¹p ph©n tÝch m·, ®¸nh dÊu mét h­íng nghiªn cøu míi trong b¶o mËt tÝn hiÖu tho¹i ®­îc gäi lµ ph­¬ng ph¸p m· biÕn ®æi miÒn. NhiÒu kü thuËt biÕn ®æi miÒn ®­îc ®Ò xuÊt trong b¶o mËt tÝn hiÖu tho¹i bao gåm biÕn ®æi Fourier rêi r¹c (Discrete Fourier Transform- DFT)[9], biÕn ®æi cosine rêi r¹c (Discrete Cosine Transform- DCT) [3], BiÕn ®æi Hartley rêi r¹c (Discrete Hartley Transform-DHT)[7], biÕn ®æi vßng (circulant transformations) [5] vµ biÕn ®æi wavelet rêi r¹c (Discrete Wavelet Transform-DWT)[8]. Nh÷ng biÕn ®æi nµy ®­îc xö lý khèi/khèi ch­a tËn dông ®­îc ®Æc tÝnh che dÊu lçi cña c¸c biÕn ®æi chång lÊp. Trong bµi nµy tr×nh bµy vÒ mét gi¶i ph¸p b¶o mËt tÝn hiÖu tho¹i biÕn ®æi miÒn trªn c¬ së ¸p dông biÕn ®æi MDCT (Modified Discrete Cosine Transformation) víi ®é lîi che dÊu lçi ®¹t ®­îc cì 1dB. 2. B¶o mËt tho¹i biÕn ®æi miÒn S¬ ®å khèi chung cña b¶o mËt tho¹i biÕn ®æi miÒn ®­îc thÓ hiÖn ë h×nh 1 [2][8]. H×nh 1. S¬ ®å khèi b¶o mËt tÝn hiÖu tho¹i biÕn ®æi miÒn. §Ó x lµ vector biÓu diÔn 1 khung N mÉu tÝn hiÖu tiÕng nãi, u lµ khung sau khi chuyÓn sang vïng míi F cña x theo biÓu thøc: 46 La H÷u Phóc," B¶o mËt tho¹i ®Çu cuèi víi MDCT."
  2. Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ u  F (x) (1) Khi ®ã, x¸o trén ®­îc ®Þnh nghÜa lµ ma trËn P, N*N. Vector v cña tÝn hiÖu ®­îc chuyÓn sang miÒn míi lµ: v  P(u ) (2) Trong miÒn thêi gian, tÝn hiÖu tiÕng nãi ®· x¸o trén ®¹t ®­îc bëi nghÞch ®¶o chuyÓn ®æi F 1 trªn v : y  F 1 (v) (3) Bªn thu gi¶i x¸o trén ®­îc thùc hiÖn ng­îc l¹i : x  F 1 ( P 1 ( F ( y ))) (4) Khi truyÒn trªn kªnh tÝn hiÖu sÏ bÞ thªm nhiÔu  vµ vÒ mÆt to¸n häc m« h×nh hãa lµ y’=y+ (5) Gi¶i x¸o trén lµ : x  F 1 ( P 1 ( F ( y )))  x  F 1 ( P 1 ( F (  ))) (6) -1 §Ó cã thÓ thùc hiÖn gi¶i m· chÝnh x¸c F ph¶i cã hµm ng­îc F . H¬n n÷a, hµm ng­îc nµy lu«n ®­îc mong muèn lµ chuyÓn ®æi F lµ b¶o toµn theo nghÜa toµn bé n¨ng l­îng cña tÝn hiÖu ®· x¸o trén lµ nh­ tÝn hiÖu ban ®Çu vµ kh«ng lµm gia t¨ng nhiÔu hay: F 1 ( P 1 ( F (  )))   (7) Do vËy biÕn ®æi ®­îc chän lµ phÐp biÕn ®æi trùc giao. 3. biÕn ®æi MDCT Víi khèi tÝn hiÖu ®Çu vµo trong miÒn thêi gian thø i, xi , cã ®é dµi M: xi (n)  x(n  iM ), n  0,1,...M  1 (8) vµ ký hiÖu khèi tÝn hiÖu ®Çu vµo trong miÒn thêi gian thø i, yi , cã ®é dµi N=2M: yi (n)  x(n  iM ), n  0,1,...,2 M  1 (9) BiÕn ®æi thuËn MDCT ®­îc ph¸t biÓu [6]: 2 2 M 1  1 M 1  X i (k )   M n0 h(n) yi (n) cos (k  )(n  M 2 ) 2  (10) víi i lµ chØ sè khèi, k=0,1,...,M-1. BiÕn ®æi ng­îc MDCT: 2 M 1  1 M 1  yˆ i (n)   M k 0 X i (k ) cos  (k  )(n  M 2 ) 2  (11) víi i lµ chØ sè khèi, n=0,1,...,2M-1,vµ to¸n tö céng chång lÊp: xˆi (n)  hn  M  yˆ i 1 (n  M )  h(n) yˆ i (n) (12) víi i lµ chØ sè khèi, n=0,1,...,M-1.Trong ®ã hµm cöa sæ h(n) tháa m·n: h(n)  h(2 M  1  n), n  0,1,..., M  1 (13) 2 2 h (n)  h (n  M )  1, n  0,..., M  1 (14) NhiÒu cöa sæ MDCT ®­îc khai th¸c trong tµi liÖu, mét sù tháa hiÖp gi÷a lùa chän T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN Qu©n sù, Sè 29, 02 - 2014 47
  3. Kü thuËt ®iÖn tö & Khoa häc m¸y tÝnh thêi gian vµ tÇn sè cña cöa sæ, phô thuéc vµo ng­ìng ¸p ®Æt bëi khung lËp m· mµ MCDT ho¹t ®éng. Cöa sæ h×nh sin  1     h(n)  sin  n    , n  0,...,2 M  1 (15)  2  2 M   hay ®­îc dïng bëi nã cã tÝnh lùa chän b¨ng th«ng tèt vµ tháa m·n ®iÒu kiÖn chuÈn hãa M 1 vÒ pha  pk (n)  0 , n  0,..., M  1 víi pk (n) lµ pha cña mçi thµnh phÇn. k 0 §Ó tÝnh to¸n MDCT theo c«ng thøc (10) ®é phøc t¹p tÝnh to¸n lµ O(M2). Mét trong nh÷ng thuËt to¸n tÝnh to¸n nhanh næi tiÕng trªn c¬ së tÝnh to¸n nhanh DFT ®­îc ®Ò xuÊt bëi Duhamel [] ®­a ®é phøc t¹p tÝnh to¸n vÒ O(M/2 log(M/2)). ThuËt to¸n nµy th­êng ®­îc gäi lµ thuËt to¸n MCDT4 bëi ¸p dông cho tr­êng hîp ®é dµi y (n) chia hÕt cho 4 (M lµ sè ch½n). 4. M¤ T¶ thuËt to¸n m· hãa 4.1. Tham sè cña bé m· hãa Bé m· hãa ®Ò xuÊt trªn c¬ së MDCT thùc hiÖn t¹i tÇn sè lÊy mÉu 6500Hz vµ xö lý tiÕng nãi ®Çu vµo cã b¨ng tÇn 300-3200Hz vµ ®­îc truyÒn trªn kªnh cã b¨ng tÇn 0- 4000Hz. Tham sè cña bé m· hãa ®­îc thÓ hiÖn ë B¶ng 1. B¶ng 1.Tham sè cña bé m· hãa. TT Tham sè Kho¶ng gi¸ tri 1 §é réng b¨ng th«ng kªnh truyÒn 4kHz; 0-4000Hz 2 §é réng b¨ng th«ng cña tÝn hiÖu tiÕng nãi 2,9kHz:300-3200Hz ®Çu vµo 3 TÇn sè lÊy mÉu ®Çu vµo 6500Hz 4 §é dµi khung tÝn hiÖu tiÕng nãi ®Çu vµo (xö 2x208 lý tÝn hiÖu MDCT) 5 §é dµi khung FFT (®Çu ra kªnh truyÒn) 256 6 TÇn sè DA ®Çu ra, tiÕng nãi ®· m· 8000 Hz 7 Sè thµnh phÇn tÇn sè x¸o trén 104 4.2. ThuËt to¸n xö lý ®Çu ra Víi ®é dµi khung xö lý MDCT N=2M=2x208, khung ®Çu vµo cã ®é dµi 32ms, víi tÇn sè lÊy mÉu f in  6500 Hz , t­¬ng øng víi kÝch th­íc khung ®Çu ra NFFT=256 mÉu, víi tÇn sè lÊy mÉu f out  8000 Hz . Kho¶ng gi÷a c¸c thµnh phÇn tÇn sè (®é ph©n gi¶i tÇn sè) lµ: f 8000 f  sout   31,25 Hz (16) NFFT 256 §é dµi chuçi phøc sau khi biÕn ®æi MDCT lµ N/4=104. TÇn sè thÊp nhÊt lùa chän lµ 340 Hz (t­¬ng øng víi chØ sè DFT lµ 11) th× tÇn sè cao nhÊt lµ 3562Hz (t­¬ng øng víi chØ sè DFT lµ 114), c¸c chØ sè kh¸c (0-10,115-27) ®­îc ®Æc b»ng kh«ng. Thñ tôc xö lý ®Çu,XLDR, ra ®­îc thùc hiÖn: B­íc 1. §iÒn khung vs chiÒu dµi NFFT=256 toµn ‘0’; B­íc 2. ChÌn khung v cã ®é dµi NP=104 vµo vs tõ vÞ trÝ s  11 ®Õn s  NP  1. B­íc 3. Thªm vµo phÇn ®èi xøng: 48 La H÷u Phóc," B¶o mËt tho¹i ®Çu cuèi víi MDCT."
  4. Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ vs( NFFT  i )  conj (vs(i ) i  1,2,..NFFT / 2  1 (17) B­íc 4.TÝnh tÝn hiÖu ra - tÝn hiÖu tiÕng nãi sau khi m· hãa th«ng qua IFFT: y  IFFT (vs,256) (18) Víi tÇn sè lÊy mÉu 8000Hz, y cã ®é dµi 32ms vµ cã tÇn sè trong kho¶ng (340 Hz  3600 Hz ) . 4.3. ThuËt to¸n t¹o khãa ThuËt to¸n t¹o khãa ho¸n vÞ trªn c¬ së bé t¹o sè gi¶ ngÉu nhiªn thanh ghi dÞch ph¶n håi tuyÕn tÝnh (Linear Feedback Shift Register -LFSR). Víi mçi phiªn liªn l¹c mÇm S0 lµ khãa bÝ mËt ®­îc khëi t¹o cho bé t¹o khãa. §èi víi mçi khung tiÕng nãi ®Çu vµo t­¬ng øng víi mét mÉu ho¸n vÞ (I1,I2,...,INP), mét sè ngÉu nhiªn Ri,j ®¹i diÖn cho vÞ trÝ thø i trong khung j cña chuçi ®Çu vµo. ThuËt to¸n ®­îc sö dông ®Ó t¹o ra khãa m· hãa cho mçi khung t­¬ng øng t¹o ra c¸c sè ngÉu nhiªn Ri,j tõ bé t¹o khãa gi¶ ngÉu nhiªn LFSR (Linear Feedback Shift Register ). ThuËt to¸n ®­îc ®­a nh­ sau: Thñ tôc t¹o ho¸n vÞ- HV [4] §Çu vµo: Bé t¹o sè gi¶ ngÉu nhiªn LFSR,Khãa phiªn S0. §Çu ra: Khung d÷ liÖu ®­îc ho¸n vÞ. B­íc 1: Khëi t¹o bé t¹o sè gi¶ ngÉu nhiªn LFSR víi S0. B­íc 2: Víi khung thø j, j=1,…, mÉu ho¸n vÞ (I1,I2,..,INP). víi i=NP,…,2 2A. RÞj=mét sè ngÉu nhiªn 8 bit tõ bé t¹o sè ngÉu nhiªn; 2B. k= Rij mod i. 2C. §æi vÞ trÝ gi÷a Ii vµ Ik Khãa m· hãa t¹o ra trong b­íc 2 lµ mét ho¸n vÞ cña (I1,I2,..,INP). Theo ®ã trong hÖ thèng cã (NP)! ho¸n vÞ khãa ®Ó m· hãa tÝn hiÖu tiÕng nãi. 4.4. Nguyªn lý bé m· hãa Nguyªn lý bé m· hãa ®Ò xuÊt ®­îc thÓ hiÖn ë h×nh 2. H×nh 2. S¬ ®å khèi b¶o mËt tÝn hiÖu tho¹i ®Ò xuÊt. TÝn hiÖu tiÕng nãi ®Çu vµo tr­íc hÕt ®­îc sè hãa sau ®ã víi mçi khung ®é dµi M=208, ®­îc thùc hiÖn biÕn ®æi MDCT t¹o thµnh chuçi phøc cã ®é dµi 104, chuçi phøc nµy ®­îc thùc hiÖn x¸o trén theo thñ tôc ho¸n vÞ HV, sau ®ã ®­îc biÕn ®æi vÒ d¹ng tÝn hiÖu miÒn thêi gian theo thñ tôc XLDR, cuèi cïng qua biÕn ®æi DA truyÒn trªn kªnh. Qu¸ tr×nh bªn thu ®­îc xö lý ng­îc l¹i. T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN Qu©n sù, Sè 29, 02 - 2014 49
  5. Kü thuËt ®iÖn tö & Khoa häc m¸y tÝnh 5. kÕt qu¶ thùc nghiÖm m« pháng Thùc hiÖn m« pháng ®­îc thùc hiÖn trªn nÒn Matlab 7.0 víi m« h×nh nh­ h×nh 3. H×nh 3. M« h×nh thùc hiÖn ®¸nh gi¸. KÕt qu¶ thùc hiÖn ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 4, víi phæ tÇn sè vµ ¶nh phæ cña tiÕng nãi ban ®Çu, m· hãa vµ gi¶i m·. H×nh 4. TÇn sè vµ ¶nh phæ cña tiÕng nãi ban ®Çu, m· hãa vµ gi¶i m·. KÕt qu¶ c¸c th­íc ®o c¶m quan ®­îc thÓ hiÖn ë b¶ng 2. B¶ng 2. Th­íc ®o c¶m quan tiÕng nãi m· vµ gi¶i m· theo thuËt to¸n m· hãa ®Ò xuÊt. TT LogSpectralDistance LPCDistance CepDistance Segmental SSNR TiÕng nãi ®· m· 8.9 -0.4 39 0.02 TiÕng nãi kh«i 0.14 -0.001 -74 30 phôc Tõ nh÷ng kÕt qu¶ nµy, cã thÓ nhËn thÊy r»ng phæ tÇn sè cña tiÕng nãi ®· bÞ ph¸ vì, ¶nh phæ cña tÝn hiÖu ®· m· kh¸c h¼n so víi tÝn hiÖu râ tiÕng nãi ®· m· cã ®é che lÊp tèt. TiÕng nãi kh«i phôc sau khi m· cho chÊt l­îng tiÕng nãi tèt. Víi can nhiÔu trùc tiÕp víi ®é suy hao kh¸c nhau SRN cña tiÕng nãi sau khi gi¶i m· ®­îc thÓ hiÖn trªn b¶ng 3. 50 La H÷u Phóc," B¶o mËt tho¹i ®Çu cuèi víi MDCT."
  6. Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ B¶ng 3. KÕt qu¶ SNR cña tiÕng nãi sau khi gi¶i m·. NhiÔu (dB) 11 12 13 14 15 SNRMDCT 11,948 12,944 13,946 14,951 15,956 NhiÔu (dB) 16 17 18 19 20 SNRMDCT 16,957 17,952 18,956 19,947 20,927 NhiÔu (dB) 21 22 23 24 25 SNRMDCT 21,963 22,929 23,942 24,953 25,966 NhiÔu (dB) 26 27 28 29 30 SNRMDCT 26,957 27,965 28,97 29,942 30,944 Tõ b¶ng trªn cho thÊy kh¶ n¨ng che giÊu lçi cña l­îc ®å m· hãa ®Ò xuÊt, cho ®é lîi chèng nhiÔu cì 1dB. 4. KÕt luËn Ph­¬ng ph¸p b¶o mËt tho¹i víi biÕn ®æi MDCT ®Ò xuÊt víi bé xö lý ®Çu ra dùa trªn tÝnh ®èi xøng cña biÕn ®éi IFFT cho tÝn hiÖu thùc lu«n lu«n ®¶m b¶o tÝn hiÖu sau khi m· hãa n»m trong b¨ng tÇn 0-4000kHz, ®ång thêi víi ®Æc tÝnh cña biÕn ®æi MDCT ®¹t ®­îc ®é lîi chèng nhiÔu cí 1dB vµ cho chÊt l­îng tiÕng nãi tèt hoµn toan cã thÓ ¸p dông trong b¶o mËt tÝn hiÖu tho¹i t­¬ng tù b¶o vÖ cho nh÷ng th«ng tin nh¹y c¶m riªng t­. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. A.Srinivasan1 P.Arul Selvan(2012);”A Review of Analog Audio Scrambling Methods for Residual Intelligibility “; Innovative Systems Design and Engineering Vol 3, No 7, 2012; p22-p39 [2]. B. Goldburg, S. Sridharan, and E. Dawson (1993) “Design and cryptanalysis of transform-based analog speech scramblers,” IEEE J. Select. Areas Commun.,vol. 11, no. 5, pp. 735-744, May 1993 [3]. Bruce Goldburg, Ed Dawson, S. Sridharan: “A Secure Analog Speech Scrambler Using the Discrete Cosine Transform”.299-311ASIACRYPT 1991: Fujiyoshida, Japan. [4]. D. C. Tseng; J. H. ChiuAn; “OFDM Speech Scrambler without Residual Intelligibilit”, IEEE TENCON 2007:ISBN: 1-4244-1272-2. [5]. G. Manjunath and G. V. Anand, “Speech encryption using circulant transformations,” Proc. IEEE Int. Conf. Multimedia and Expo, vol. 1, pp. 553-556, 2002. [6]. J.P. Princen, A.W. Johnson, and A.B. Bradley; “Subband/transform coding using filter bank designs based on time domain aliasing cancellation”; In Proceedings of T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN Qu©n sù, Sè 29, 02 - 2014 51
  7. Kü thuËt ®iÖn tö & Khoa häc m¸y tÝnh the 1987 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP’87), Pp. 2161-2164, Dallas, USA, April 1987. [7]. Nasciment,Toscano (2012);”Frequency Speech Scrambler Based on the Hartley Transform and the Inserion of Random Frequency Component”; the International Journal of Forensic Science; Feb 2012. [8]. S. B. Sadkhan; N. H. Kaghed; L. M. AlSaidi (2007) “Design and Evaluation of Transform - Based Speech Scramblers using different Wavelet Transformations”; Babylon University, Iraq. [9]. S. Sridhara,E.Dawson,J.O.Sulivan (1988); “Speech Encryption Using Fast Fourier Transform Techniques”; Speech science and technology 2nd Australian conference, Speech science and technology; p414-419. abstract End to end speech scrambler based on MDCT Transform Domain speech scrambler performed on the linear transform coefficients of the speech samples. Types of transforms used are Fast Fourier Transform (FFT), Discrete Cosine Transform (DCT) Fast Hartley Transform (FTH). These transform implement block by block. This article presents the aproach, that use lapped orthogonal transforms MDCT secure speech, which achieved gain error concealment about 1db. Keywords: Fast Fourier Transform (FFT), Discrete Cosine Transform (DCT) Fast Hartley Transform (FTH). NhËn bµi ngµy 19 th¸ng 11 n¨m 2013 Hoµn thiÖn ngµy 28 th¸ng 12 n¨m 2013 ChÊp nhËn ®¨ng ngµy 14 th¸ng 01 n¨m 2014 Địa chỉ: Häc viÖn Kü thuËt MËt m·; Email: phucpvkt@hotmail.com 52 La H÷u Phóc," B¶o mËt tho¹i ®Çu cuèi víi MDCT."
nguon tai.lieu . vn
Tin học văn phòng Đồ họa - Thiết kế - Flash Quản trị Web Cơ sở dữ liệu Quản trị mạng Kỹ thuật lập trình Hệ điều hành Phần cứng An ninh - Bảo mật Chứng chỉ quốc tế Thủ thuật máy tính Điện - Điện tử Kinh tế học Hoá học Xã hội học Môi trường