語音通信保密系統(tǒng)設(shè)計

摘要：針對語音通信過程中的安全性問題，設(shè)計了一種基于單片機的通信保密系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要分為保密發(fā)送模塊與保密接收模塊，可以實現(xiàn)普通通話與保密通話兩種功能，通過運用單片機產(chǎn)生隨機密鑰從而實現(xiàn)同步保密通訊。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)通信保密的功能，且可實現(xiàn)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：語音通信；測試；單片機；保密

現(xiàn)在的社會是一個高度信息化的社會，手機、可視電話、多媒體、網(wǎng)上視頻聊天等多種語音視頻通信方式日益普及化。伴隨而來的是通信安全問題，隨著當(dāng)今社會通信技術(shù)的發(fā)展，遠程監(jiān)聽、盜聽等一系列安全問題不斷出現(xiàn)，如何有效地保護好語音通信的安全、防止信息被竊聽成為了時下人們討論以及研究的焦點，因此，針對這些問題，各種語音保密電路以及加密器件應(yīng)運而生。如今，通信保密技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)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(shè)計一個能夠為一般通信裝置進行通信活動提供安全保障的語音通信保密系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過設(shè)置密鑰，來確保通信內(nèi)容的語音發(fā)送加密和語音接收解密，保障在兩個通信設(shè)備之間通信時，通過該系統(tǒng)的保障，可以防止語音內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上被其他通信系統(tǒng)所攔截竊聽。

1 總體方案設(shè)計
總體方案是通過保密總開關(guān)控制系統(tǒng)實現(xiàn)通信過程中的保密控制，整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)普通通信和保密通信兩種功能。語音通信保密設(shè)計的總體系統(tǒng)框圖如圖1所示。其具體設(shè)計思路是：由單片機及一些外圍元件組成的保密電路模塊，一個作為保密模塊的發(fā)送端，一個作為保密模塊的接收端。在語音通信過程中，發(fā)送裝置的語音信號經(jīng)保密模塊的發(fā)送端與接收端再到語音接收裝置，在發(fā)送端與接收端之間用竊聽裝置竊聽。只要系統(tǒng)啟用保密控制開關(guān)，那么系統(tǒng)將進入保密通信之中，竊聽者只能聽到失真的語音，這樣就達到了系統(tǒng)的功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
語音通信保密系統(tǒng)主要由語音保密模塊、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 語音保密模塊電路設(shè)計
語音保密模塊在通信保密系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)對模擬的語音信號進行置亂與去亂的技術(shù)。模塊采用日本AKM開發(fā)的AK2356，這是一種專門用于電話通信保密的基于CMOS工藝的集成電路芯片，24個引腳，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音保密技術(shù)，即把語音信號的高頻部分和低頻部分進行交換，在主頻確定的情況下，可以改變載頻控制開關(guān)(13腳和14腳)的狀態(tài)來選擇四種不同的頻率，從而實現(xiàn)語音加密。AK2356通過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(shè)計
上述構(gòu)建的語音保密模塊雖然能實現(xiàn)通信的保密功能，但由于僅有4種語音加密方式，容易被破譯，為了克服這種問題，引入單片機系統(tǒng)來隨機產(chǎn)生隨機同步密鑰，控制語音保密模塊從而實現(xiàn)動態(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(shè)計。單片機P1．1、P1．2口分別連接芯片AK2356的兩個頻率選擇開關(guān)，同時又分別連接兩個LED燈，通過LED燈的亮暗來顯示究竟使用了哪一種調(diào)制、解調(diào)頻率。單片機P2．0口作為加密控制開關(guān)，通過按下與否來表示是否使用語音加密功能。一旦系統(tǒng)使用了加密功能，P2．0口按下，單片機內(nèi)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口就會起作用，使芯片AK2356處于語音加密狀態(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(shè)計
單片機的P1．1、P1．2口還是分別連接芯片AK2356的頻率選擇開關(guān)，同樣在P1．1、P1．2口可以分別連接兩個LED燈，通過LED燈的亮暗來顯示究竟使用了哪一種調(diào)制、解調(diào)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口通過內(nèi)部程序用來檢測并接收發(fā)送端單片機模塊電路產(chǎn)生的同步碼。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
為了系統(tǒng)調(diào)試的方便性，系統(tǒng)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(shè)計，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

在要進行保密通信的過程中，保密發(fā)送端的單片機通過不斷調(diào)用鍵盤掃描程序?qū)纹瑱C的P2．0口進行實時掃描，若掃描到其為低電平，則說明保密控制按鍵被按下，然后單片機的P2．1口會置為低電平，即啟動語音加密，接下來系統(tǒng)會對AK2356的兩個頻率選擇開關(guān)進行隨機置位，單片機隨即會讀出兩個頻率選擇開關(guān)的電平值，根據(jù)兩者的電平狀態(tài)來選取對應(yīng)的脈沖編碼數(shù)目，然后執(zhí)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。