語音加密解密算法研究及仿真和實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目木設(shè)計(jì)方案(參考版)
2025-05-06 13:16本頁面
【正文】 在這里我要感謝老師的精心指導(dǎo)并表達(dá)我誠摯的謝意與崇高的敬意。她對我編寫和修改matlab程序的指導(dǎo)很有幫助，在她耐心和細(xì)心的檢查下我的程序才得以運(yùn)行出來。圖4與圖1比較得知，時(shí)域與頻域的賦值幾乎一樣，也就是說恢復(fù)后的語音信號與原語音信號在誤差允許的范圍內(nèi)，這樣聽到的聲音雖然有失真，也就是音調(diào)上的差異，但仍然可以分辨出來，這樣也可以達(dá)到語音信號傳輸?shù)男Ч?。圖4是圖3經(jīng)過混沌系統(tǒng)的logistic映射生成的相同密鑰進(jìn)行解密密之后得到的，由圖4與圖2對比可知圖4與圖2除去時(shí)域與頻域波形幅度值的差異外完全相同，而倒譜圖則完全相同。圖1圖2圖3圖4由圖1和圖2可以觀察出在量化前后語音信號的聲音波形幅度、頻譜大小以及倒譜幅度大致相同，由此我們可以用量化的語音信號代替原語音信號進(jìn)行一系列變換，這樣使得數(shù)據(jù)的變換更簡潔。 算法流程圖其中第二三步的整體的混沌流加密方案的流程圖如下：選擇k1，k2∈[0,1]μ1,μ2∈[,4]m,n∈[50,100] i=0k1=k2 orμ1=μ2 or m=n開始以μ1為映射參數(shù)，k1為初始值進(jìn)行l(wèi)ogistic映射迭代迭代m次 ?以μ2為映射參數(shù)，k2為初始值進(jìn)行l(wèi)ogistic映射迭代迭代n次 ?得到狀態(tài)值xm得到狀態(tài)值yn迭代1次得x(m+i)迭代1次得y(n+i)x(m+i)y(n+i)NYi明文信息位i=i+1YNYNYNYN產(chǎn)生二進(jìn)制位1產(chǎn)生二進(jìn)制位0結(jié)束產(chǎn)生密鑰模2運(yùn)算輸入明文信息位i輸出密文輸入加密密鑰流模2運(yùn)算輸出明文圖33 混沌加密方案流程圖 圖33 混沌加密方案程序設(shè)計(jì)流程圖結(jié) 論根據(jù)第四章的語音信號加密解密算法的程序設(shè)計(jì)來編寫matlab程序，程序見附錄，由程序得出來四幅圖，分別是：原語音信號波形圖、頻譜圖及其倒譜圖，量化后語音信號波形圖、頻譜圖及其倒譜圖，加密后語音信號波形圖、頻譜圖及其倒譜圖，解密后語音信號波形圖、頻譜圖及其倒譜圖。第十步：將得到的一維十進(jìn)制整數(shù)縮小一千倍就得到量化后的語音信號數(shù)據(jù)流，即恢復(fù)后的語音信號。第九步：將此一維明文流序列連續(xù)七個(gè)數(shù)據(jù)為一組轉(zhuǎn)換成二維的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，注意轉(zhuǎn)換時(shí)的順序。第七步：畫出密文流序列的波形圖，頻譜圖以及倒譜圖，以便于觀察混沌logistic映射加密的效果。第五步：將一維有正有負(fù)的十進(jìn)制整數(shù)信號轉(zhuǎn)換成為七位帶符號的二維二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，再將二維的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成為一維的明文流序列，以便于進(jìn)行按位加密。第四步：將原語音信號擴(kuò)大一千倍后取整，為將其簡單的轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制明文流做準(zhǔn)備。第二步：調(diào)用函數(shù)來自定義兩個(gè)系統(tǒng)的初始迭代次數(shù)、初始值與系統(tǒng)參數(shù)，并將賦值結(jié)果送給混沌系統(tǒng)的logistic映射的表達(dá)式進(jìn)行初始迭代，最終得出生成密鑰流的初始值。本課題即采用對稱密碼體制進(jìn)行解密，在已設(shè)計(jì)出的混沌logistic映射加密鑰的基礎(chǔ)上，解密時(shí)只需將加密鑰與密文流異或即可恢復(fù)明文序列，也就完成了對語音信號的解密過程。在對稱加密體制中，加密和解密采用相同的密鑰或者可由其中的一個(gè)很方便的推導(dǎo)出另外一個(gè)，這樣一來能夠加密就能夠解密[12][13]。為了進(jìn)一步提高保密性能，本方案可讓用戶每次通信前自行設(shè)置密碼，方案依據(jù)特定的算法，根據(jù)密碼生成μ值、初始狀態(tài)值以及初始迭代次數(shù)值，達(dá)到“一次一密”的效果。該操作一直持續(xù)到將所有明文信息位加密完為止由于μ、初始狀態(tài)值、初始迭代次數(shù)皆可選擇，因此，即使在明文信息中出現(xiàn)的重復(fù)字符，加密后也會(huì)產(chǎn)生不同的密文。如果兩個(gè)映射分別表示為f1和f2，如果 f1(xm) f2(yn)，產(chǎn)生二進(jìn)制位‘1’；否則，產(chǎn)生二進(jìn)制位‘0’。具體算法是：①在區(qū)間[,4]中，選擇兩個(gè)不同的μ值，分別作為兩個(gè)映射參數(shù)；②在區(qū)間[0,1]中，選擇兩個(gè)不同的實(shí)數(shù)，分別作為兩個(gè)映射迭代的初始狀態(tài)值；③在區(qū)間[50,100]中，選擇兩個(gè)不同的整數(shù)m和n，分別作為兩個(gè)映射的初始迭代次數(shù)。加密函數(shù)es(i)進(jìn)行模2加運(yùn)算，用偽混沌位序列掩蓋明文信息。 混沌加密方案的具體流程基于流加密思想，實(shí)現(xiàn)對明文的逐位加密。圖32 logistic映射分岔圖上圖繪出了當(dāng)x在[0，1]之間取值，在[，]之間取值時(shí)logistic映射分岔圖，當(dāng)μ= 時(shí)，進(jìn)入混沌狀態(tài)。為了避免周期窗口和問題短周期，采用兩個(gè)不同參數(shù)的 Logistic 映射，兩個(gè)映射初始值不同，通過動(dòng)態(tài)比較兩個(gè)映射每次迭代的狀態(tài)值產(chǎn)生二進(jìn)制偽混沌序列的方案，取得了一定的效果。周期窗口有可能泄露密鑰。當(dāng)μ=1 + = μ = ，Logistic 映射存在周期 3 解，緊接著有周期 周期 12 等窗口。當(dāng)μ超過3時(shí)，其解軌跡出現(xiàn)分岔，而且一分再分，分岔點(diǎn)出現(xiàn)得越來越快，當(dāng)μ= 時(shí)，進(jìn)入混沌狀態(tài)。Logistic 映射被公認(rèn)為是能體現(xiàn)混沌特點(diǎn)的最簡單的離散混沌系統(tǒng)映射，它來源于對人口增長模型的研究，其表達(dá)式可表示為： (31)其中，x(n)、x(n+1)為 Logistic 映射的狀態(tài)值，μ 為系統(tǒng)參數(shù)。%播放語音文檔變換后的圖形如下： 語音信號預(yù)處理圖形，經(jīng)過預(yù)處理的語音信號和原語音信號大致相同，不能再恢復(fù)成原語音信號，但是丟失的這些語音
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