语音通信保密系统设计

摘要：针对语音通信过程中的安全性问题，设计了一种基于单片机的通信保密系统。该系统主要分为保密发送模块与保密接收模块，可以实现普通通话与保密通话两种功能，通过运用单片机产生随机密钥从而实现同步保密通讯。测试结果表明，该系统能够实现通信保密的功能，且可实现模块小型化，便于制成保密度较高的通信保密工具。
关键词：语音通信；测试；单片机；保密

现在的社会是一个高度信息化的社会，手机、可视电话、多媒体、网上视频聊天等多种语音视频通信方式日益普及化。伴随而来的是通信安全问题，随着当今社会通信技术的发展，远程监听、盗听等一系列安全问题不断出现，如何有效地保护好语音通信的安全、防止信息被窃听成为了时下人们讨论以及研究的焦点，因此，针对这些问题，各种语音保密电路以及加密器件应运而生。如今，通信保密技术已经广泛应用于民间通信与军事科技通讯中。
本文从低成本角度考虑，以51单片机为核心，设计一个能够为一般通信装置进行通信活动提供安全保障的语音通信保密系统。该系统可以通过设置密钥，来确保通信内容的语音发送加密和语音接收解密，保障在两个通信设备之间通信时，通过该系统的保障，可以防止语音内容在网络上被其他通信系统所拦截窃听。

1 总体方案设计
总体方案是通过保密总开关控制系统实现通信过程中的保密控制，整个系统可以实现普通通信和保密通信两种功能。语音通信保密设计的总体系统框图如图1所示。其具体设计思路是：由单片机及一些外围元件组成的保密电路模块，一个作为保密模块的发送端，一个作为保密模块的接收端。在语音通信过程中，发送装置的语音信号经保密模块的发送端与接收端再到语音接收装置，在发送端与接收端之间用窃听装置窃听。只要系统启用保密控制开关，那么系统将进入保密通信之中，窃听者只能听到失真的语音，这样就达到了系统的功能。

2 系统硬件设计
语音通信保密系统主要由语音保密模块、发送端单片机模块、接收端单片机模块及相关显示功能电路组成。
2．1 语音保密模块电路设计
语音保密模块在通信保密系统中主要负责对模拟的语音信号进行置乱与去乱的技术。模块采用日本AKM开发的AK2356，这是一种专门用于电话通信保密的基于CMOS工艺的集成电路芯片，24个引脚，有直插式的也有贴片式的，随后又发展成了不同型号，该芯片采用频率倒置这种语音保密技术，即把语音信号的高频部分和低频部分进行交换，在主频确定的情况下，可以改变载频控制开关(13脚和14脚)的状态来选择四种不同的频率，从而实现语音加密。AK2356通过与一些外围元件的组合形成了基本通用型保密电路模块，其具体电路图如图2所示。

2．2 发送端单片机模块电路设计
上述构建的语音保密模块虽然能实现通信的保密功能，但由于仅有4种语音加密方式，容易被破译，为了克服这种问题，引入单片机系统来随机产生随机同步密钥，控制语音保密模块从而实现动态加密。
从成本等角度考虑，选用了STC89C51这种低功耗、高性能8位微型控制器，再加上一些外围所需的元件以及与AK2356相连接所需的控制端口，即完成了发送端单片机模块电路设计。单片机P1．1、P1．2口分别连接芯片AK2356的两个频率选择开关，同时又分别连接两个LED灯，通过LED灯的亮暗来显示究竟使用了哪一种调制、解调频率。单片机P2．0口作为加密控制开关，通过按下与否来表示是否使用语音加密功能。一旦系统使用了加密功能，P2．0口按下，单片机内部程序检测到P2．0口被按下，那么与AK2356加密控制端连接的P2．1口就会起作用，使芯片AK2356处于语音加密状态。单片机P3．2口用于发送同步码。
2．3 接收端单片机模块电路设计
单片机的P1．1、P1．2口还是分别连接芯片AK2356的频率选择开关，同样在P1．1、P1．2口可以分别连接两个LED灯，通过LED灯的亮暗来显示究竟使用了哪一种调制、解调频率。P2．0口用于控制AK2356加密控制端，而单片机的P3．0以及P3．1口通过内部程序用来检测并接收发送端单片机模块电路产生的同步码。

3 系统软件设计
为了系统调试的方便性，系统软件方面主要包含发送端子程序、编码发送子程序、同步码子程序、接收端子程序等几部分独立模块的设计，系统软件结构图如图3所示。

在要进行保密通信的过程中，保密发送端的单片机通过不断调用键盘扫描程序对单片机的P2．0口进行实时扫描，若扫描到其为低电平，则说明保密控制按键被按下，然后单片机的P2．1口会置为低电平，即启动语音加密，接下来系统会对AK2356的两个频率选择开关进行随机置位，单片机随即会读出两个频率选择开关的电平值，根据两者的电平状态来选取对应的脉冲编码数目，然后执行编码发送程序发送同步码信息，最后由单片机的P3．2口发送同步脉冲信号。