基于声纹的文档加密及解密方法技术

本发明专利技术涉及基于声纹的文档加密方法：一，用户记忆一个密钥；二，用户随机用语音叙述一句话，从该段语音的声纹特征参数中提取密钥，作为加密密钥；三，选定对称加密算法，用第二步中提取的密钥加密文档，生成中间文档，将第二步的随机文本串与中间文档一起打包，生成一新文档；四，用户记忆的密钥加密第三步的文档，形成加密文档。声纹文档解密方法：一，用选定的对称加密算法和用户记忆的密钥，生成临时文档；二，从临时文档中析出与文档加密密钥关联的文本串，用户用语音叙述该段文本串，并从该段语音的声纹特征参数中提取密钥；三，用第二步提取的密钥和选定的对称加密算法解密临时文档，完成文档解密。本发明专利技术使用方便且具有较高的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机信息安全文档保护
，具体涉及一种基于声纹的文档一档一密加解密方法。
技术介绍
目前，人们工作、生活中的大量私密、重要信息普遍以电子文档的形式存放于个人 电脑或文档服务器中，而众所周知，电子文档本身易遭受网络攻击，其存在被窃取、破坏、未 授权而散布等危险。因此，对文档的加密保护显得尤为重要。文档的加密一般采用对称加密法(如AES、3DES等)，在密钥位数足够长的条件下， 日常使用中可以认为文档加密本身是安全的。窃密者在密钥未知的情况下，很难直接破解 加密法本身。但是，窃密者却可以通过各种途径窃取文档加密密钥，从而轻松破解加密文 档。因此，文档加密密钥的保护是文档保护中极其重要的一环。现有的文档加密密钥的保护方法主要有(1)将密钥存于专用芯片中。密钥不能被读出，只接收输入数据，加密运算后再输 出。此种模式多用于U盾等个人身份认证产品。中国专利申请号200510037541. 2公开了一 种文档加密、解密的方法及其安全管理存储设备和系统方法，其采用了此类密钥保护模式。 由于所有的加解密运算都必须在专用芯片中完成，使得当此模式运用到对文件进行加解密 运算时，专用芯片必须有较高的计算能力，才能满足用户对文件加解密运算速度的要求，这 无形中增加了芯片的复杂程度和设备的成本。(2)将密钥存于网络中某个专用服务器中。对服务器给予很好的保护，用户在需要 解密文档时，通过网络身份认证获取密钥(密钥为加密形式)，取回本地解密后，再对文档 实施解密。中国专利申请号200710039280. 7公开了一种细粒度的文档加密保护控制方法， 中国专利申请号200810219339. 5公开了一种多读者文档加密和解密方法，上述两技术方 案均采用了此种密钥保护模式。但，此种模式受限于专用服务器能否及时地响应用户请求， 并安全地工作，即不被窃密者攻破，一旦攻破所有用户的所有密钥都将丢失，这是该模式最 脆弱的地方。(3)将密钥存于本地文件系统中。如Windows加密文件系统(EFS)，经加密后的密 钥直接附着在文件头部，解密时用户用其数字证书解密密钥，再用密钥解密文档。此种模式 的优点是用户使用方便，无需登录远端服务器或外加设备，只需提供数字证书即可。而其缺 点在于，用户的一份数字证书，成为解密该用户所有文件的钥匙，一旦数字证书被窃取或仿 冒，用户的所有文档都将被破解。(4)将密钥存于人脑中。密钥并不物理存储于任何一个设备中，而由人脑直接记 忆。当需解密文件时，直接给出密钥进行解密。此种方法理论上是最安全的，也很方便，但 是人记忆密钥的能力有限，实际使用中往往是“一码通”，即所有的文件只用一个密钥加解 密，这样使用密钥的安全性并不高。
技术实现思路
本专利技术针对人记忆密钥能力有限，而实际使用中一般只使用1、2个密钥的情况， 提出了一种基于声纹的一档一密密钥生成与保存方法，进而实现了一种基于声纹的文档一 档一密加解密方法。本专利技术方法只需用户记忆一个密钥，同时不同的文档用不同的密钥加 解密，文档加密密钥并不显式地存于文档中，而是由用户专属的声纹系统决定。本专利技术方法 的使用非常方便，且具有较高的安全性。本专利技术基于声纹的文档加密方法步骤如下第一步，用户记忆一个密钥，强度越大，安全性越高；第二步，用户随机地选择一句话，用语音叙述，从该段语音的声纹特征参数中提取 密钥，作为文档的加密密钥；第三步，选定对称加密算法，用第二步中提取的密钥加密文档，生成中间文档，将 第二步中的随机文本串与中间文档一起打包，生成一个新的文档；第四步，用用户记忆的密钥加密第三步中新生成的文档，形成最后的加密文档。本专利技术基于声纹的文档解密方法步骤如下第一步，用选定的对称加密算法和用户记忆的密钥，生成临时文档；第二步，从临时文档中析出与文档加密密钥关联的文本串，用户用语音叙述该段 文本串，并从该段语音的声纹特征参数中提取密钥；第三步，用第二步中提取的密钥和选定的对称加密算法解密临时文档，完成文档 解密。本专利技术方法只需用户记忆一个密钥，同时，不同的文档用不同的密钥加解密，文档 加密密钥并不显式地存于文档中，而是由用户专属的声纹系统决定。本专利技术方法的使用非 常方便，且具有较高的安全性。附图说明图1为基于声纹的文档加密过程示意图。图2为基于声纹的文档解密过程示意图。图3为语音声纹特征参数计算流程图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。语音特征MFCC参数随话者的音调、音节、音节上下文、声门气流模型，及各人独特 的发音方式等的不同而不同。经GMM高斯混合模型训练之后，语音特征GMM模型参数值稳 定在某些数值域范围内，该范围由话者声纹(话者独特的声门气流特征、发音方式等)及语 义内容决定，通过给定语义内容，使模型参数值进一步稳定在话者声纹周围。从此模型参数 值中可以提取出稳定的密钥信息，即由语音的声纹特征决定的加解密密钥。以上是本专利技术 的基本原理。本专利技术文档加密的流程如图1所示。第一步，用户记忆一个密钥，要求强度越大越好。用户可以使用一些记忆术之类的 记忆技术，以提高所记忆密钥的强度。第二步，用户随机选择文本串，用语音叙述该文本串，从语音的声纹特征参数中提取密钥，作为文档的加密密钥。声纹产生过程如图3所示1)预增强(Pre-Emphasis)以Sl (η) (η :0. . N_l)表示语音时域信号，预增强公式为S (n) = Sl (η) _a*Sl (n_l) (0. 9 < a < 1. 0)2)音框化(Framing)音框化即对语音信号分帧；3)汉明窗(Hamming Windowing)假设音框化的信号为S(n)，η = 0，1，…，N_l，那么乘上汉明窗后为S，(n) = S(n)*W(n)w(n) = w(n,a) = {\-a)-acos(——),0<n<N-\ a = o. 46TV — 14)快速傅立叶转换(FFT) 对S，(η)实施基2FFT变换5)三角带通滤波器(TriangleFilters)计算每个滤波器输出的对数能量z(m)，m = 0，1，L，M-I,计算公式为~M-\_z(m) = \n ΣΙ^Ι2 Hm(k)，其中Hm(k)为第m个梅尔尺度的三角形滤波器的_ k=0 _频率响应；6)离散余弦转换(DCT)对上一步所获得的对数能量进行DCT变换，获得DCT系数数组r r)；dct ()变换公式为(π(21 + ^λr = 2^ zcos v 7 D = 201=0 V 1L) J ’r , , , , , , ，, ，, , , ，，, ，每个分段用若干比特表示；c)将GMM模型的均值向量映射为相应的比特，以上一个分段为例，16分段用4bit 表示，每一均值向量有20分量，20分量X4bit = 80bit ；d)若干个GMM声纹模型可以生成80 Xm比特长度的密钥。第三步，选定对称加密算法(如AES、3DES等，AES、3DES为加密领域的经典算法，本文不再详述)，用第二步中提取的密钥加密文档，生成中间文档，将第二步中的随机文本 串与中间文档一起打包，生成一个新的文档。第四步，用用户记忆密钥加密第三步新生成的文档，形成最后的加密文档。本专利技术文档解密的流程如图2所示。第一步，用选定的对称加密本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于声纹的文档加密方法，其特征是按如下步骤：第一步，用户记忆一个密钥；第二步，用户随机地选择一句话，用语音叙述，从该段语音的声纹特征参数中提取密钥，作为文档的加密密钥；第三步，选定对称加密算法，用第二步中提取的密钥加密文档，生成中间文档，将第二步中的随机文本串与中间文档一起打包，生成一个新的文档；第四步，用用户记忆的密钥加密第三步中新生成的文档，形成加密文档。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴震东，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：86