基于量子加密的无线语音传输网络系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于量子加密的无线语音传输网络系统，包括语音采集及处理系统、量子通信系统、加密系统、解密系统、无线通信系统、密钥管理系统，语音采集及处理系统用于对待传输的语音数据进行周期性采集及对采集后的语音数据进行低速率编码；加密系统用于利用量子密钥对编码后的语音数据进行加密；解密系统用于使用相应的量子密钥对接收到的加密后的编码语音数据进行解密。本发明专利技术的整个语音传输网络通过量子信道来协商密钥，并通过无线通信信道来传输密文流，系统构建的无线语音网络数据传输安全可靠，且语音信号抗干扰能力强，同时通过加密系统、解密系统及密钥管理系统配合，可解决现有技术中存在的密钥生成速率低问题。

Wireless Voice Transmission Network System Based on Quantum Encryption

The invention discloses a wireless voice transmission network system based on quantum encryption, which includes voice acquisition and processing system, quantum communication system, encryption system, decryption system, wireless communication system and key management system. The voice acquisition and processing system is used to periodically collect the transmitted voice data and encrypt the collected voice data at a low rate. The system is used to encrypt the encrypted speech data by using quantum key, and the decryption system is used to decrypt the encrypted speech data by using the corresponding quantum key. The whole voice transmission network of the invention negotiates keys through quantum channels and transmits ciphertext streams through wireless communication channels. The data transmission of the wireless voice network constructed by the system is safe and reliable, and the anti-interference ability of voice signals is strong. At the same time, the problem of low key generation rate in the existing technology can be solved by the cooperation of encryption system, decryption system and key management system.

【技术实现步骤摘要】
基于量子加密的无线语音传输网络系统
本专利技术涉及量子通信
，更具体地说，具体涉及一种基于量子加密的无线语音传输网络系统。
技术介绍
统的语音通信采用模拟电话进行，由于该传输方式无法对所传输的语音信号进行加密处理，因此在语音通信过程中存在很大的不安全性。而基于量子力学基本原理的量子通信技术能够保证量子密钥的无条件安全性，可提供一种安全的革新性通信手段。对于量子网络中的语音传输技术，其采用量子密钥对所传输的语音信号进行加密处理。量子网络中的语音传输和传统的模拟电话通信均需要对语音信号进行数字化编码。对于传统的模拟电话通信，一般编码速率比较高，例如：IP(InternetProtocol，网络之间互连的协议)电话基于G.729协议，能够在8kbps编码速率下实现高质量语音编码。量子网络中，语音通话与生成量子密钥有可能会同时运行，即：有多少字节的语音数据需要传输，就需要同样多的量子密钥来进行加密，且量子密钥的生成速率必须大于语音数据的传输速率。而该网络中提供量子密钥的QKD(QuantumKeyDistribution，量子密钥分配)系统通常生成密钥的时间比较长，当需要对采用高编码速率的语音信号进行加密时，需要在很短时间内生成大量量子密钥，因此，对量子密钥成码率要求很高，同时要求语音信号的抗干扰能力要强。然而，目前稳定的量子密钥生成速率还比较低，不能满足量子网络中语音数据的传输，同时，语音的抗干扰能力较弱。基于此，有必要提供一种基于量子加密的无线语音传输网络系统，以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于量子加密的无线语音传输网络系统，整个语音传输网络通过量子信道来协商密钥，并通过无线通信信道来传输密文流，系统构建的无线语音网络数据传输安全可靠，且语音信号抗干扰能力强，同时通过加密系统、解密系统及密钥管理系统配合，可解决现有技术中存在的密钥生成速率低问题。本专利技术采用的技术方案为：一种基于量子加密的无线语音传输网络系统，包括语音采集及处理系统、量子通信系统、加密系统、解密系统、无线通信系统、密钥管理系统；语音采集及处理系统，用于对待传输的语音数据进行周期性采集及对采集后的语音数据进行低速率编码；量子通信系统，用于建立量子通信信道并接收无线通信时所需的密钥；加密系统，用于利用量子密钥对编码后的语音数据进行加密；解密系统，用于使用相应的量子密钥对接收到的加密后的编码语音数据进行解密；无线通信系统，用于对解密的语音数据进行无线传输；密钥管理系统，用于管理语音传输的密钥申请、注册和语音传输的通信地址和通信参数。较为优选的，所述语音采集及处理系统包括采集系统和编码系统；采集系统，用于对待传输的语音数据进行周期性采集；编码系统，用于对采集后的语音数据进行低速率编码。较为优选的，所述编码系统包括信源采集器、信源编码器，通过抽样、量化和编码将模拟信号转化为数字信号；编码系统功能：(3a)通过某种数据压缩技术设法减少码元数目和降低码元速率，码元速率决定传输所占的带宽，而传输带宽反映了通信的有效性；(3b)完成A/D转换，即当信息源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输；(3c)该编码系统为能够与加密系统同时工作，实现语音信号的同步压缩和加密，其过程为：发送方和接收方确定测量基，随机数量子化传输，接收方和发送方均根据随机数的值来确定压缩参数从而控制压缩比，若随机数为负值代表更新密钥。较为优选的，所述量子通信系统包括红外定位系统和量子密钥分配系统。较为优选的，所述红外定位系统，由点阵红外光源和红外成像探测头组成，其中点阵红外光源用于标定量子密钥分配系统中的量子密钥接收模块的位置，而红外成像探测头用于红外数据；量子密钥分配系统由量子密钥分配模块组成，用于接收由加密系统分配的量子密钥。较为优选的，所述加密系统包括：(6a)获取传输控制协议TCP语音数据包或者用户数据报协议UDP语音数据包的数据部分，用存储在密钥管理系统中的发送密钥进行加密，按照网络层协议IP数据报格式，计算加密后传输控制协议TCP数据包或者用户数据报协议UDP数据包的校验和，获得加密后的网络层协议IP数据报的数据部分；(6b)按照网络层协议IP数据报格式，填充网络层协议IP数据报首部的选项字段；(6c)按照网络层协议IP数据报格式，修改网络层协议IP数据报首部长度和总长度，并计算网络层协议IP数据报首部校验和；(6d)按照网络层协议IP数据报的格式，将首部信息和加密后的网络层协议IP数据报的数据部分封装成网络层协议IP数据报，即可完成加密。较为优选的，所述解密系统包括：(7a)根据加密系统中的保存的网络层协议IP数据报的源地址和首部选项字段中的密钥起始位置和片偏移，对网络层协议IP数据报的传输控制协议TCP数据包或者用户数据报协议UDP数据包的数据部分，进行解密，按照网络层协议IP数据报格式，计算解密后传输控制协议TCP或者用户数据报协议UDP数据包的校验和，获得解密后的网络层协议IP数据报的数据部分；(7b)删除网络层协议IP数据报的选项字段，按照网络层协议IP数据报格式，修改网络层协议IP数据报首部长度和总长度，计算网络层协议IP数据报首部校验和；(7c)按照网络层协议IP数据报的格式，将首部信息和解密后的网络层协议IP数据报的数据部分封装成网络层协议IP数据报。较为优选的，所述无线通信系统由ZigBee通信模块和WIFI通信模块组成，ZigBee通信模块用于小数据量的信息传输，WIFI通信模块用于大数据量的数据传输，用户可以根据节点功耗和通信数据量的要求进行可选的配置。具体的，该无线语音传输网络工作过程如下：首先，由语音采集及处理系统对待传输的语音数据进行周期性采集及对采集后的语音数据进行低速率编码，而语音数据进行低速率编码可以提高密钥的生成速率，并可提高语音数据的抗干扰能力，然后通过量子通信系统将编码后的语音数据传输至加密系统进行加密处理，本专利技术的加密系统通过使用传输控制协议TCP及网络层协议IP，克服了现有技术在各种应用中利用密钥对数据加密后，需要对各种协议有详细的了解，提高了加密系统的工作效率，然后由解密系统使用相应的量子密钥对语音数据进行解密、对解密之后的语音数据进行解码，并将解码后语音数据通过无线通信系统进行无线传输，从而语音的无线传输功能，而密钥管理系统用于管理语音传输的密钥申请、注册和语音传输的通信地址和通信参数。本专利技术的有益效果：1、本专利技术能够弥补现有无线语音传输网络密钥选择的单一性。本专利技术中的密钥管理系统可管理语音节点的密钥申请、节点注册和语音节点的通信地址和通信参数。密钥管理系统可根据无线传感器网络所需传输数据的安全等级，提供三种密钥管理方式以供选择：包括一次一密方式、具有有效期的密钥方式和长时间有效的密钥方式；2、本专利技术解决了在建立量子信道时，单光子发射器和接收器对准难的问题，通过时间窗口技术来降低环境噪声对测量的影响，从而提高本专利技术语音通行的抗干扰能力。本专利技术所述的红外定位模块由点阵红外光源和红外成像探测头组成，其中点阵红外光源用于标定本节点量子密钥分配系统中的量子密钥接收模块的位置，而红外成像探测头用于定位相邻节点和所在区域环境中的红外数据，由此完成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于量子加密的无线语音传输网络系统，其特征在于：包括语音采集及处理系统、量子通信系统、加密系统、解密系统、无线通信系统、密钥管理系统；语音采集及处理系统，用于对待传输的语音数据进行周期性采集及对采集后的语音数据进行低速率编码；量子通信系统，用于建立量子通信信道并接收无线通信时所需的密钥；加密系统，用于利用量子密钥对编码后的语音数据进行加密；解密系统，用于使用相应的量子密钥对接收到的加密后的编码语音数据进行解密；无线通信系统，用于对解密的语音数据进行无线传输；密钥管理系统，用于管理语音传输的密钥申请、注册和语音传输的通信地址和通信参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于量子加密的无线语音传输网络系统，其特征在于：包括语音采集及处理系统、量子通信系统、加密系统、解密系统、无线通信系统、密钥管理系统；语音采集及处理系统，用于对待传输的语音数据进行周期性采集及对采集后的语音数据进行低速率编码；量子通信系统，用于建立量子通信信道并接收无线通信时所需的密钥；加密系统，用于利用量子密钥对编码后的语音数据进行加密；解密系统，用于使用相应的量子密钥对接收到的加密后的编码语音数据进行解密；无线通信系统，用于对解密的语音数据进行无线传输；密钥管理系统，用于管理语音传输的密钥申请、注册和语音传输的通信地址和通信参数。2.根据权利要求1所述的基于量子加密的无线语音传输网络系统，其特征在于：所述语音采集及处理系统包括采集系统和编码系统；采集系统，用于对待传输的语音数据进行周期性采集；编码系统，用于对采集后的语音数据进行低速率编码。3.根据权利要求2所述的基于量子加密的无线语音传输网络系统，其特征在于：所述编码系统包括信源采集器、信源编码器，通过抽样、量化和编码将模拟信号转化为数字信号；编码系统功能：(3a)通过某种数据压缩技术设法减少码元数目和降低码元速率，码元速率决定传输所占的带宽，而传输带宽反映了通信的有效性；(3b)完成A/D转换，即当信息源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输；(3c)该编码系统为能够与加密系统同时工作，实现语音信号的同步压缩和加密，其过程为：发送方和接收方确定测量基，随机数量子化传输，接收方和发送方均根据随机数的值来确定压缩参数从而控制压缩比，若随机数为负值代表更新密钥。4.根据权利要求1所述的基于量子加密的无线语音传输网络系统，其特征在于：所述量子通信系统包括红外定位系统和量子密钥分配系统。5.根据权利要求4所述的基于量子加密的无线语音传输网络系统，其特征在于：所述红外定位系统，用于标定量子密钥分配系统中的量子密钥位置及探测红外数据；量子密钥分配系统由量子密钥分配模块组成，用于接收由加密系统分配的量子密钥。6.根据权利要求5所述的基于量子加密的无线语音传输网络系统，其特征在于：所述红外定位系统由点阵红外光源和红外成像探测头组成，其中点阵红外光源用...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔巍，韦冬，叶其斌，李小山，曹阳，朱碧英，曾晓翠，吕文亮，董斌，吴喜玲，张迎举，
申请(专利权)人：江苏亨通智能物联系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32