本文简介：基于滤波带的非同步加密算法通过减少冗余数据，可以对同步加密算法进行改进，由于减少了对冗余数据多次重复加密的时间开销；在同等条件下，一次性加密算法的时间开销只有原来的20%左右，同时恢复语音效果更好。一、加密模型用数字信号处理的方法来实现模拟信号的非同步加密，原始语音信号采样的样本信号x(n)经过映射T变换为y(n)。在讨论异步方法前，一个问题是传统的加密方法为什么一定需要同步。所有的数字信号处理的
基于滤波带的非同步加密算法通过减少冗余数据，可以对同步加密算法进行改进，由于减少了对冗余数据多次重复加密的时间开销；在同等条件下，一次性加密算法的时间开销只有原来的20%左右，同时恢复语音效果更好。
一、加密模型
用数字信号处理的方法来实现模拟信号的非同步加密，原始语音信号采样的样本信号x(n)经过映射T变换为y(n)。在讨论异步方法前，一个问题是传统的加密方法为什么一定需要同步。所有的数字信号处理的模拟加密方法，每N个样本定义一个分割片Xr，用N个样本的窗w(n)滤波。
r是分割片的下标，向量x'r，{x'r（k），k=0，1，...，N-1），窗函数w(n)在n=0，1，2…．，N-1之外全为0。x'r经过矩阵T映射：
这里
向量yr，{yr(k)，k=0，1，...，N-1}是加密后的语音数据分割片。所有模拟的数字信号加密方法的不同在于w(n)和T的选取。所有的加密过程和解密过程需要处理同一语音数据帧，才能得到原来的语音信号，并且实现同步处理。不同步，就是说加密过程和解密过程处理的帧数据不一样，这可能由延迟造成，这也就是需要同步的原因。
现在的问题是在失步的情况下，如何还原得到原始语音帧。一种解决方法就是扩展分割片的长度到N'，邻接的分割片的数据部分重叠，一个条件就是N'>N。通过引入冗余数据和压缩变换实现同步处理。但是，这种方法会增加计算的复杂度和成本，并且语音的效果不是很理想。下面的方法可以在不增加数据冗余的情况下，解决语音数据帧加密同步的问题。这可以通过滤波带的概念来分析解决这个问题。
二、滤波带
现在的问题就是选择合适的N样本窗函数w(n)和加密矩阵T保证加密同步过程，一种可能的解决方法就是用滤波带的方法。滤波带的方法为语音信号的分解和复原提供了一种极佳的解决方案。
一个理想的滤波带有N-1理想带通滤波器，Hk（ejw），k=1，2，…，N-1和一个低通滤波器H0(ejw)，均匀分布在整个频谱上，ω分布在0到π。分割的滤波器不重叠。所有的滤波器形成一个宽大的全通滤波器。对于第k个滤波器，Hk(ejw)，k=1，2，...，N一1，中心在ωK(2π/n)k=2π/n，带宽等，如果原始的语音数据用滤波带，可得到分割子带的频率分量。
hk (n)是Hk (ejw）的冲激响应，“*”是卷积。由于Y (k)是频带小于原来的语音信号，因此，可以用更低的采样率下采样得到YrR(k)，只要满足条件R≤N。这里r=1，2，…。原始语音信号可以从YrR (k)直接得到。首先，插值YrR(k)得到原始序列yn(k)，再把各分量相加就得到原始语音。
式(4)是滤波带分解方程，式(5)是滤波带合成方程。Schafer，Rabiner和portnof'f给出滤波带的一种算法实现，主要过程如下：
h(n)是总的系统函数的冲激响应，长度为N：
h(n)长度为N，因此，得到近似表达：
三、同步分析
图1示出了语音加密流程，其中h和f分别是滤波和插_值滤波器，h等于f。w和w-1分别是傅立叶变换矩阵和逆傅立叶变换矩阵。由于通过滤波带分析，可以实现语音信号的分解和复原，因此实现同步加密的关键问题就是，如何选取频率加密矩阵M和解密矩阵M-1，以及时域矩阵T和T-1最终满足什么条件。当系统完全同步，可以从Yn(k)中恢复得到x(n)；但如果系统处于失步，即假设系统加密处理与解密处理是不同的语音帧。同步形式表示为{Yn（k），k=1，2，...，N-1）；失步形式表示为{X十。{Yn+s（k），k=1，2，...，N-1），s是时间滞后。由于
在频域的采样频率一样，由采样理论可知，时间延迟引起的失步并不会改变Yn（k）的形式，因此可以恢复得到原始语音信号x(n)。为了方便实现，降低运算开销，并减少有限长效应
对语音信号的影响，而且看到图1中的加密过程可以合并为一个映射，加密频域矩阵和两个傅立叶变换矩阵组合到一起。
通过选取合适的参数T，同步可以不加考虑，从而实现非同步加密，并可省掉两次傅立叶变换的开销。T需要满足的条件是一定要可逆。现在的问题是找是否存在这样的矩阵。在频域失步将引起相位失真，由于相位失真对声音的效果影响很小，因此可以不管延迟在频域产生的效果。
频率如果为实数，变换到时域就为复数。为了减少运算，并且避免相位失真在不同滤波子带传播。一种比较简单的方法就是选取均匀置换矩阵。一个矩阵满足下面的条件，就是均匀置换矩阵。
如果T为均匀置换矩阵，则M也是，反之一样。M是均匀置换矩阵，T也是。此外，并不是所有的都T可逆，因此需要选择合适的l，m，才能满足T可逆条件，如果不满足这个条件，将不能够恢复语音或恢复后失真会很大。到这里确定了参数W，W-1，M，M-1，T，T-1。
四、基于滤波带的非同步加密算法仿真
置换矩阵就是每一行，只有唯一的一个1。这里选取置换矩阵的维数为32×32，l=7，m=6进行模拟，加密矩阵T可逆。仿真的结果如图2所示。
图2的时域波形只是语音信号波形中的一部分。分别为原始语音，加密后语音和16样本点的失步解密后语音。对于时域对应的频域，图2中原始语音信号的频域和解密后的语音信号频域基本一致，加密后语音信号频域被置乱后，频谱的能量均匀分布（白化处理）。
为了说明本文加密算法加密的效率，对于同一数据块分别使用本文的算法加密和传统的数据加密算法DES进行加密，加密时间的比较结果如表1所示，从加密时间看，本文加密算法加密4轮的开销才与DES加密开销接近。
小知识之异步
异步：一种通讯方式，对设备需求简单。我们的PC机提供的标准通信接口都是异步的。
如何加密电脑文档，电脑加密软件哪个最好用
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不久前，一家知名科技公司的核心研发文件被非法泄露，给公司造成了巨大的经济损失。据调查发现，这是由一名离职员工在离职前通过非法手段获取文件，并将其出售给外部人员所致。这起事件不仅给公司带来巨大的经济损失，更暴露了公司在内部文件保护方面的漏洞。那么、企业在文件保护方面应该怎么做呢？
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三、软件是如何加密电脑文档的
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四、总结
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