日本東北大學與NEC合作開發(fā)高保密性VoIP用音頻通信系統(tǒng)
2007/03/28
日本東北大學電氣通信研究所教授鈴木陽一的研究小組與NEC合作開發(fā)出了能夠利用VoIP等網絡的保密通信系統(tǒng)，并于2007年3月23日，在“電子信息通信學會 2007年綜合大會”上進行了發(fā)表。該系統(tǒng)在使用秘密共享方案（將數字音頻數據分割成多份進行編碼）的同時，利用多個通信路徑發(fā)送分割后的數據（圖1）。因為通過秘密共享方案分割的數據“單獨一份兒一份兒沒有意義”（NEC），即使竊聽到個別的音頻數據，其中的內容也不會被破解，只有集合全部的分割數據進行解碼，音頻信號的內容才能被識別。與目前使用的編碼通信技術相比，此次的秘話通信技術能夠實現(xiàn)保密性更高的音頻通信。
圖1：系統(tǒng)的結構（利用2條路徑進行通信時）
由于是利用多路徑路由發(fā)送分割的數據，1條路徑被竊聽只會有部分分割數據被竊聽。不過，如果發(fā)送分割數據的全部路徑都被竊聽，分割數據也可能全部流出。為此，此次的秘密通信系統(tǒng)設想采用基于覆蓋路由器的網絡（覆蓋網絡），將全部數據被竊聽的可能性減小到了接近0。這是因為覆蓋路由器的通信路徑能夠進行實時切換。此次的保密通話系統(tǒng)將在覆蓋網絡達到實用化水平時投產實用。計劃在3～4年內實現(xiàn)。
只分割人類聽覺敏銳的部分，盡可能減少信息量
使用該系統(tǒng)的音頻通信的步驟如下。首先，通過音頻編碼方式“LD-CELP”，將音頻數據轉換成由7bit波形編碼和3bit振幅編碼組成的10bit數字音頻數據。之后，利用流分割器，分割10bit數字音頻數據中的部分bit。分割后的bit和未經分割的bit在通過通信包合成器后，利用覆蓋路由器發(fā)送給通話對象。收信方方面則首先利用包數據分割器，將通信數據分成分割后的bit和未經分割的bit。分割后的bit在經過解碼處理后，再通過流合成器，與未經分割的bit一起解碼為原來的音頻數據。
該系統(tǒng)的信息量會隨bit數分割的多少大幅度改變。比方說，如果將LD-CELP轉換出的10bit數字音頻數據全部分割，在2路徑發(fā)送的情況下，信息量會增加到4倍的40bit”（NEC）。為了在提高通話保密性的同時，將分散產生的信息量控制到最少，“在音頻數據中，只有人類聽覺比較敏銳的部分會被分割”（NEC）。
東北大在7bit波形編碼和3bit振幅編碼中采用不同的分割bit數，將其與未分割bit合成后，請6位參試人員聽辨解碼后的音頻數據，評估了維持保密性所需的最小bit數（圖2）。
試驗結果發(fā)現(xiàn)，只分割3bit波形編碼就能夠實現(xiàn)較高的保密性。這樣，2條路徑發(fā)送的數字音頻數據包括了分割的12bit和未經分割的7bit，一共只有19bit。
今后，東北大還將對音頻的延遲時間、“CS-ACELP”等VoIP廣泛使用的音頻編碼方式的應用進行評估。
日經BP (china.nikkeibp.co.jp)
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