語音通信保密系統設計

摘要：針對語音通信過程中的安全性問題，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送模塊與保密接收模塊，可以實現普通通話與保密通話兩種功能，通過運用單片機產生隨機密鑰從而實現同步保密通訊。測試結果表明，該系統能夠實現通信保密的功能，且可實現模塊小型化，便于制成保密度較高的通信保密工具。
關鍵詞：語音通信；測試；單片機；保密

現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，隨著當今社會通信技術的發展，遠程監聽、盜聽等一系列安全問題不斷出現，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運而生。如今，通信保密技術已經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。該系統可以通過設置密鑰，來確保通信內容的語音發送加密和語音接收解密，保障在兩個通信設備之間通信時，通過該系統的保障，可以防止語音內容在網絡上被其他通信系統所攔截竊聽。

1 總體方案設計
總體方案是通過保密總開關控制系統實現通信過程中的保密控制，整個系統可以實現普通通信和保密通信兩種功能。語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，一個作為保密模塊的發送端，一個作為保密模塊的接收端。在語音通信過程中，發送裝置的語音信號經保密模塊的發送端與接收端再到語音接收裝置，在發送端與接收端之間用竊聽裝置竊聽。只要系統啟用保密控制開關，那么系統將進入保密通信之中，竊聽者只能聽到失真的語音，這樣就達到了系統的功能。

2 系統硬件設計
語音通信保密系統主要由語音保密模塊、發送端單片機模塊、接收端單片機模塊及相關顯示功能電路組成。
2．1 語音保密模塊電路設計
語音保密模塊在通信保密系統中主要負責對模擬的語音信號進行置亂與去亂的技術。模塊采用日本AKM開發的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，隨后又發展成了不同型號，該芯片采用頻率倒置這種語音保密技術，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(13腳和14腳)的狀態來選擇四種不同的頻率，從而實現語音加密。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 發送端單片機模塊電路設計
上述構建的語音保密模塊雖然能實現通信的保密功能，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，引入單片機系統來隨機產生隨機同步密鑰，控制語音保密模塊從而實現動態加密。
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的兩個頻率選擇開關，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制、解調頻率。單片機P2．0口作為加密控制開關，通過按下與否來表示是否使用語音加密功能。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口就會起作用，使芯片AK2356處于語音加密狀態。單片機P3．2口用于發送同步碼。
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的頻率選擇開關，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口通過內部程序用來檢測并接收發送端單片機模塊電路產生的同步碼。

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送端子程序、編碼發送子程序、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。

在要進行保密通信的過程中，保密發送端的單片機通過不斷調用鍵盤掃描程序對單片機的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，接下來系統會對AK2356的兩個頻率選擇開關進行隨機置位，單片機隨即會讀出兩個頻率選擇開關的電平值，根據兩者的電平狀態來選取對應的脈沖編碼數目，然后執行編碼發送程序發送同步碼信息，最后由單片機的P3．2口發送同步脈沖信號。