一种边缘协同的自适应语音加密系统及方法与流程

本发明涉及量子通信与ai智能体的，具体涉及一种边缘协同的自适应语音加密系统及方法。

背景技术：

1、量子科技守护安全的世界人工智能蓬勃发展，赋能人类千行百业。量子密钥分发（quantum key distribution，qkd）技术基于量子力学的基本原理，能够提供无条件的安全性。

2、但是qkd技术在移动场景中面临密钥传输瓶颈——qkd依赖核心网，移动场景时延达秒级，无法满足目前语音通话的实时性要求。

3、ai应用领域，如智能体、无人系统、具身机器人领域，语音通信、语音人机交互、语音指令等普遍应用；而混沌加密技术在语音、数据加密等领域具备实时性优势，但传统混沌加密方案采用固定参数（如迭代次数、初始值）设置，未考虑语音内容差异与信道动态变化，会导致安全冗余，造成资源浪费；另外，加密策略缺乏场景感知能力，采用中心化密钥调度，在弱网环境下易出现密钥同步失败。

4、因此，现有的语音加密技术难以满足移动终端在复杂场景下高安全、低时延的语音通信需求。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有的语音加密技术难以满足移动终端在复杂场景下高安全、低时延的语音通信需求的问题，提供一种边缘协同的自适应语音加密系统及方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种边缘协同的自适应语音加密系统，包括量子核心网、边缘网关和若干个移动终端；其中，

4、所述量子核心网，用于基于量子密钥分发产生量子密钥；

5、所述边缘网关，用于与移动终端进行认证，并在认证成功后，随机抽取多组从量子核心网获取的量子密钥传输至移动终端；

6、所述移动终端，用于与边缘网关进行认证以获取量子密钥；

7、所述移动终端，还用于采集语音流，并对语音流进行切割，得到若干帧语音块；计算各帧语音块的基础特征，根据基础特征计算敏感因子，根据敏感因子选择主密钥，根据主密钥生成混沌序列，以及根据主密钥、语音块和混沌序列生成密文帧。

8、上述方案中，通过边缘网关预存量子密钥，提高了移动终端获取量子密钥的效率，降低了时延；同时移动终端还根据敏感因子选择主密钥生成混沌序列，提高了安全性，不但满足了移动终端在复杂场景下高安全、低时延的语音通信需求，而且避免了浪费计算资源。

9、优选的，所述基础特征包括短时能量和过零率；其中，

10、通过以下方式计算短时能量：

11、;

12、通过以下方式计算过零率：

13、;

14、其中，

s(

n)为第

n个语音时域采样信号；变量

n=0,1,...,

m-1；

m为单帧语音总采样点数；为符号函数，符号相反时结果为1。

15、优选地，通过以下方式根据基础特征计算敏感因子：

16、;

17、;

18、;

19、其中，为归一化短时能量，为归一化过零率，语音最大能量，静音能量，最大过零次数。

20、优选地，当敏感因子时，随机抽取1组长度为256bit的量子密钥作为主密钥，记为，且提取的前12bit用于混沌参数计算，其中，前8bit记为，后4bit记为；

21、当敏感因子时，随机抽取1组长度为128bit的量子密钥，记为，利用加密经典密钥c得到主密钥，且提取的前9bit用于混沌参数计算，其中，前6bit记为，后3bit记为。

22、优选地，所述混沌序列为logistic 映射；其中，

23、logistic 映射的混沌参数包括初始值和控制参数，

24、将和分别转换为十进制后，通过以下方式计算：

25、;

26、;

27、logistic 映射的混沌迭代次数，

28、logistic 映射的迭代公式为：

29、；

30、迭代n次后得到迭代值，取的小数部分记为，令j=1，通过重复以下过程直至得到8mbit的混沌序列；

31、计算混沌序列的第j位二进制数，更新，；

32、其中，为四舍五入函数，为向下取整函数。

33、优选地，所述混沌序列为logistic 映射；其中，

34、logistic 映射的混沌参数包括初始值和控制参数，

35、将和分别转换为十进制后，通过以下方式计算：

36、;

37、;

38、logistic 映射的混沌迭代次数，

39、logistic 映射的迭代公式为：

40、；

41、迭代n次后得到迭代值，取的小数部分记为x，令j=1，通过重复以下过程直至得到8mbit的混沌序列；

42、计算混沌序列的第j位二进制数，更新，；

43、其中，为四舍五入函数，为向下取整函数。

44、优选地，所述密文帧包括校验码和密文块；其中，

45、通过提取主密钥的前8字节作为校验码；

46、通过将语音块与混沌序列逐位异或，得到密文块。

47、优选地，包括以下步骤：

48、s1：边缘网关从量子核心网获取量子密钥；

49、s2：移动终端与边缘网关进行认证；

50、若认证成功，则执行步骤s3；

51、若认证失败，则重新执行步骤s2；

52、s3：边缘网关随机抽取多组量子密钥传输至移动终端；

53、s4：移动终端采集语音流，并对语音流进行切割，得到若干帧语音块；

54、s5：计算各帧语音块的基础特征；

55、s6：根据基础特征计算敏感因子；

56、s7：根据敏感因子选择主密钥；

57、s8：根据主密钥生成混沌序列；

58、s9：根据主密钥、语音块和混沌序列生成密文帧。

59、优选地，步骤s2具体为：

60、s2.1：移动终端向边缘网关发送接入请求；所述接入请求包括设备唯一标识；

61、s2.2：边缘网关根据接入请求生成随机验证码，并发送至移动终端；

62、s2.3：移动终端和边缘网关分别生成应答码；

63、s2.4：移动终端将应答码发送到边缘网关进行比对；

64、若一致，则认证成功；

65、若不一致，则认证失败。

66、本发明有益的技术效果：

67、本发明提供了一种边缘协同的自适应语音加密系统及方法，通过边缘网关预存量子密钥，提高了移动终端获取量子密钥的效率，降低了时延；同时移动终端还根据敏感因子选择主密钥生成混沌序列，提高了安全性，不但满足了移动终端在复杂场景下高安全、低时延的语音通信需求，而且避免了浪费计算资源。