语音保密通信的研究和实现

论文摘要

在当今网络时代,网络电话因廉价实时方便等特点,已经被广泛应用到社会的各个领域,因此在一定程度上取代了传统的固定电话和移动电话。但其语音数据交换基于网络,因而就必须考虑其数据安全性,如网络窃听、变声伪装等。本文就网络中语音通话的这些安全性问题做了相应的研究,并在局域网内模拟了实际点对点通话过程。在语音通信过程中引入了数据加解密过程,从而达到了保密的目的。其主要工作和创新点有以下几点：1.对DirectX、DirectX.DirectSound音频控件的学习。通过语音缓冲区折半的方式将模拟语音信号录制成PCM格式的数字信号。实现了模数转换,为数据加解密做好了准备。2.对加解密算法种类进行了测试筛选。得出了序列密码最适合用于语音加密中的结论。3.设计了用于语音数据加解密的3个序列密码算法：1).对用于GSM系统中语音加密算法A5的改进。2).一种自同步序列密码,和相应的密钥扩展算法。该算法使得数据丢失时会失步一段数据解密后,自动正确恢复解密。密钥扩展算法具有高的非线性性,因而可以抗击穷举等攻击。3).另一种基于钟控的密钥扩展算法。该算法采用的是游程交错互控思想,并拥有极大周期性和稳定的成指数增长的线性复杂度和充分的随机性。与传统的时钟驱动控制相比而言,该算法除了能够抵抗穷举攻击,还能够抵抗类似对Geffe发生器的相关攻击,更为有效的抵抗了攻击者基于统计特性的周期性分析和相关攻击。4.加解密密钥是建立通话前使用密钥交换协议交换的。对Diffie-Hellman密钥交换协议深入研究后,在其密钥交换协议中加入了数字签名,从而抵抗了多种密钥攻击。同时进一步简化和改进了其密钥交换过程及步骤。5.基于以上的研究结果,使用了VS2008编译环境下的C#对保密语音通话建立了相应的C/S模式软件。从而进一步模拟了实际基于IP的网络电话安全通话的过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 语音保密的研究背景
• 1.1 语音保密的提出
• 1.2 语音加密的研究成果和趋势
• 1.3 全文内容结构
• 第二章 序列密码基础
• 2.1 序列密码准备知识
• 2.1.1 序列密码的起源和定义
• 2.1.2 序列密码和分组密码
• 2.1.3 序列密码原理
• 2.2 序列密码的分类
• 2.2.1 同步序列密码
• 2.2.2 自同步序列密码
• 2.3 线性反馈移位寄存器
• 2.3.1 移位寄存器
• 2.3.2 线性反馈移位寄存器及其周期分析
• 2.3.3 序列的随机性标准
• 2.4 m序列的性质及其破译
• 2.4.1 m序列的性质和特性
• 2.4.2 m序列的已知明密文攻击
• 2.5 基于LFSR的非线性序列生成器
• 2.5.1 Geffe发生器
• 2.5.2 钟控序列生成器
• 2.6 经典序列密码
• 2.6.1 RC4算法
• 2.6.2 A5算法
• 第三章 密钥交换协议
• 3.1 适合语音的密钥交换协议的特点
• 3.2 双方的Diffie-Hellman密钥交换协议
• 3.2.1 Diffie-Hellman密钥交换协议
• 3.2.2 Diffie-Hellman密钥交换协议的中间人攻击
• 3.3 端到端协议
• 3.4 端到端协议的简化和细化改进
• 3.4.1 ECC加解密流程
• 3.4.2 带数字签名的密钥交换协议
• 3.5 密钥协商过程的进一步改进
• 第四章 保密语音的软件实现过程
• 4.1 Visual C#与网络编程
• 4.1.1 网络终端
• 4.1.2 套接字的原理和网络应用
• 4.1.3 网络流
• 4.1.4 线程与进程
• 4.1.5 TCP与UDP协议
• 4.2 保密语音服务器的建立
• 4.3 保密语音客户端的建立
• 4.4 语音的建立
• 第五章 加密测试及解决方案分析
• 5.1 加密算法比较
• 5.1.1 分组密码
• 5.1.2 公钥密码
• 5.1.3 序列密码
• 5.2 解决方案分析
• 5.2.1 A5算法的改进
• 5.2.2 一种简单的自同步序列密码
• 5.2.3 自同步序列密码的密钥扩展运算
• 5.2.4 另一种基于钟控的密钥扩展算法
• 5.2.5 算法的周期性和攻击方法分析
• 5.2.6 算法的伪随机性测试
• 小结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录