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1、附录1:文献翻译(译文）基于盲源分离的语音加密措施林秋华,殷福亮， 梅铁民, 梁华楼， IEE评审员摘要:当源信号的数量不小于混合信号时,盲源信号分离仍然是一种富具挑战的欠定问题，受到许多加密系统安全性依赖于很明显的计算棘手问题，如整数分解这个事实的鼓励，我们试图探究欠定BS问题的难解性，进而通过合适地构造欠定混合加密矩阵以及通过生成满足该推荐措施的必要条件,即无条件安全的密钥信号,呈现出新颖的基于盲源分离的语音加密措施。广泛的计算机模拟和性能分析成果表白，该措施具有较高的安全级别,同步保持着杰出的音频质量。核心字：盲源分离(BSS）,独立成分分析(IA），语音加密.简介由于语音通信变得越来越
2、广泛，但同步也变得更加脆弱,从而，提供一种高水平安全性的重要性也明显增长。因此,多种语音加密技术也应运而生。其中，模拟加密始终是应用于语音通信中最流行的加密技术之一。一般,有重要的四大类：频域加扰(例如，频率逆变器和频段分派器），时域加扰(例如,时间因素加扰）,振幅加扰(也被称为涵盖了通过伪随机振幅线性增长的语音信号的屏蔽技术)，频域加扰与时域加扰相结合的二维扰。此外,在变换域中尚有许多其她的语音加密措施。例如，迅速傅立叶变换,离散余弦变换，小波变换等等24。近年来，某些新的语音加密措施，涉及混沌密码体制和使用循环转换加密也发展起来了。盲源分离（)的目的是在不懂得它们的混合系数状况下,恢复一组
3、互相独立的未知信号。因此，它也是出名的独立成分分析()。它已经在近来几年相称受到注重,并已成功地应用于诸如通讯和生物医学工程的许多领域。迄今为止,信号加密的应用更多地专注于图像加密系统，但很少用于语音加密。受到许多图像加密技术的安全性依赖于很明显的计算棘手问题,如整数分解这个事实的鼓励。我们在此篇论文中简介一种基于BSS的语音加密方案,其中的安全依赖于当源信号的数量不小于混合信号时，解决欠定BS问题的困难度。构造欠定混合加密矩阵的充足条件是B源的不可分割性。当假设SS源可分割时，两个产生用于语音加密的密钥信号的必要条件是一次性键盘的最佳核心特性。广泛的计算机模拟和性能分析成果表白,该措施具有较
4、高的安全级别，同步保持着杰出的音频质量。本文的其他部分的构造如下:在第二节,我们简要简介BS源混合模型和欠定BSS问题。第三节描述了基于BSS的语音加密。第四节向人们展示用于加密而构造的欠定混合加密矩阵的充足条件。第五节将简介用于欠定系统密钥信号所产生的两个必要条件。第六节讲述评估实验和显示成果。最后，我们将在第七节中讨论有关的问题和总结本论文。II BSS混合模型及欠定问题假设存在个独立的源信号：以及个可观测的源信号的混合信号:(一般)。线性BS混合模型混合方程如下所示: (1)其中，它是一种的列矩阵，涉及了源信号。向量同样地拾取了个观测的混合信号。是一种的混合矩阵,涉及了混合系数。BSS的
5、目的是找出一种的分层矩阵,以便得出的输出向量图1：基于BS语音加密的框图 （2)其中是个置换矩阵,而是个对角缩放矩阵当信号源数目不小于混合信号的数目时，例如说， BS变成为一种困难的欠定问题,在这种状况下，源信号完全隔离一般是不也许的。因此，欠定的SS问题始终被人们视为源分离的障碍。此篇论文中,在建立一种新颖的语音加密系统中,欠定问题更加地被较视为占有一定的优势。该措施重要是出于普遍存在的计算棘手问题(如整数分解问题）,目的是为了保证许多密码系统的安全。II.推荐的措施基于BS语音加密的框图如图1所示。该措施的中心思想是去构造在语音加密中遇到的棘手的欠定BS问题，而它只能通过在解密中加入密钥信
6、号后才干得以解决。接下来,我们一方面描述加密,随后,解释解密。A.加密在加密过程中，重要有两个阶段:段分离器和欠定混合。1)段分离器：类似于时间要素干扰,段分离器一方面将源语音信号分离成多种帧。然后把每一帧提成段：,其中是段的长度，是帧指针。在生成密钥信号的算法中，由于参数和是必要(这将在第五节中描述)。它们将被插入到在一种以拟定的格式进行传播的加密语音数据的头部。该措施一帧一帧地加密原始语音信号。)欠定混合:在这个阶段,一种的用于加密的欠定混合矩阵以及个独立的密钥信号一方面被产生（我们会在第四和第五部分分别简介的生成和密钥信号的生成）。然后个被加密的段是个源信号段和个密钥信号段在欠定混合伙用
7、下的输出。通过SS混合模型,具体来说,通过和可以得出相应的加密方程，如下: (3)其中,，很明显,由于有个源信号但只有个混合信号,因此这个加密过程把BS转换成了欠定的BS问题。这样一来,通过合适地构造欠定混合矩阵，本来的段不仅可以通过语音加密的密钥信号较好地被掩盖，并且可以免受来自通过不含个密钥信号的BSS所产生的个加密段的隔离,而这正是欠定BSS问题的棘手之处。B.解码该措施解密也涉及两个阶段（见图1)：BS和波形重构1）BS:一旦个加密段被接受，个密钥信号通过加密种子产生，它们俩联合起来形成个混合信号用于解密：在此基本上S开始执行。很容易得知:,其中是用于S解密的混合矩阵，其体现式如下:
8、(4) 其中是个全0矩阵，是一种特性矩阵，显然,是个满秩方阵。因此,随着在解密当中密钥信号的存在,从加密中产生的欠定BSS问题就成为常规的BSS问题,而其中混合信号数量等于源信号。因此，个源段和个密钥信号可以同步通过BSS较好地恢复出来。在丢弃个密钥信号后,例如，携带着最大数量零通道的个信号，我们可以得到本来段的个副本，正如图所示。2)波形重构：由于BSS的不拟定性,解密段和原段比较起来,有置换存在,并且大小很模糊。为了重构原始语音信号,需要通过结合某些原段的波形信息重新安排和调节。事实上,波形信息是通过段分离器收集到的(见图1)。其中段分离器涉及了过零的数量()，每个零均值原始段的最大值及最
9、小值携带着波形信息。个解密段的顺序一方面可以用对的地调节。另一方面她们的振幅可以通过和重构。重新排序和调节了的段最后形成解密语音信号的一帧。请注意,波形信息只有非常小的尺寸,可以插入在一种拟定的格式帧里以便进行传播。I.欠定混合矩阵的构造正如上面所提到的,欠定BSS问题的棘手性集中体目前：通过没有密钥信号的BSS从加密段分离出原始段的困难度上,也可以称为原始段的不可分割性。不可分割的源对混合矩阵构造的依赖已在21中建立了。因此,随着混合矩阵欠妥善构建，原始段的不可分割性，例如，欠定BS问题的棘手性很容易得到。在所提出的措施中，在21的基本上生成。定理1：一种矩阵分解为行，当且仅当它的列可以进行
10、分区为不相交的个群体，这样一来,对于所有的如果有其中是个整数集合的划分。(例如,且)是跨越空间除了()的直接求和)。换言之，一种矩阵分解为行当且仅当它的列可分为这样的，在每一组中的列向量都是在所有其她群体的媒介独立脱节组分组。请注意,不同群体的空间跨越也许重叠，定理只是需要的目前的列向量不在于联合部分。一旦矩阵进行行分解,个源信号容易分割成组,因此，通过S的两个或多种源信号的一组的确是分不开的。根据定理1:原部分的不可分割可以通过构建欠定混合比例的矩阵，使原部分被分离出来，在与更高档别的能源的密钥信号组合在一起。具体来说，在欠定混合加密矩阵构造如下： ()其中是一种的满秩矩阵，这是伪随机生成-
11、1和1之间的均匀分布. 是一种标量值，使原本的发言较好的密钥信号覆盖。该矩阵构造的条件也足够保证本来的段的不可分割性，它可清晰显示使用定理1。假设是的个独立的列向量。是的最后列。根据()所示,那么,是个不相交的群体满足定理。因此，是可以行分解的，也就是说，如果BSS在没有个密钥信号 参与时执行了个加密信号，个估计的信号肯定是相应于组的 个混合信号,它们是由于,从而证明了个混合信号最后被提取了。在本来的段中可以通过携带有高能量水平的密钥信号来较好恢复。因此,本来的部分都可以单独分离出来,从外面的密钥信号的加密信号。因此,在欠定混合矩阵足以保证欠定棘手的BSS问题,然后将用来建立基于SS的语音加密
12、系统。V密钥信号的生成A一次性垫密码该措施是一种对称密钥加密方案,进行这种筹划的必要条件是绝对安全的核心是必须至少和消息的长度同样10。一次性垫密码是唯一的无条件安全的加密算法. 它具有完善的重要特点:1) 键是随机的. 它是一种涉及反复字母的随机字符串的垫。2)键相似的消息长度，因此，每一种核心信只使用一次加密相应的明文字符。因此,如果键是安全的，那么消息也就受到保护了190。B.两种生成密钥信号的必要条件从图1，我们可以得出密钥信号具有与本来的语音信号相似的长度。因此,基于BSS的加密本质上满足上述拟议的措施的必要条件是无条件安全的。若要在一种一次性垫加密完善重要特点及满足SS规定的分离源
13、，我们生成按照如下两个条件的重要信号。图2 1100个采样点的原始语音信号（说的内容是数字1-10，其间有轻度音乐加扰）图3 基于BSS语音加密的样本,每帧有四段()八个原始段和（）八个密钥信号 和 (c)八个加密了的段和 （)八个解密段和 ()表达八个恢复出来的段。 条件1:密钥信号记录独立。 条件2:密钥信号是非高斯的这两个条件的必要性是显而易见的，条件1对于一次性垫密码的核心特性的随机而言是必须的，此外，它也满足BSS对独立源的规定。条件2对于BS的对的解码来说也是必需的。大部分BS算法隐含假设该混合矩阵是时不变的和来源是固定的。这种假设使SS无法分开两个以上的高斯信号。事实上,密钥信号
14、是由密钥信号算法生成的(见图例1)。其中，秘密种子是一种伪随机数生成器（PRNG)。在一种帧内,段的数量和长度，例如用和来表达。根该算法根据均匀分布，通过秘密种子初始化RN来产生伪随机值。随后根据和,用来产生密钥信号。帧指针的长度根据增长。这样一来，这些密钥信号因此满足了上述两个条件。请注意:秘密种子对于在安全信道上或在使用一种公共密钥加密技术的信道上实现安全传播是至关重要的。密钥信号不一定用于随后传播,而是在秘密种子受到以及接受方从语音信号中提取了参数和之后,通过密钥信号生成算法再生的,目的是用于解密。VI评价和成果大量的计算机模拟进行了验证了该措施。在大多数实验,以av格式记录的语音文献被
15、用于局域网中使用和传播。举个例子，我们模拟安全地传播录有发言的人说,英语数字“1”到“10的语音w文献,在其中加入小干扰声音乐23。语音信号采用1千赫的采样频率,持续时间为675s(11000 saples)。如图2所示,我们重要运用Cmon的算法24,模拟报告如下。其她受欢迎的算法如迅速ICA算法25和Iomx算法26也可以使用。当对这些算法进行比较之后，发现她们普遍体现几乎同样的杰出。A.加密段分离器把原始语音信号提成两帧而每帧为四段。也就是说,(aou .86），图(a)展示了在两帧里的八个原段波形:及她们的波形信息收集于表1. 用于给两帧加密的密钥信号是由密钥信号生成算法产生的。和如图3()所示。一种欠定混合加密矩阵是根据（5)构造的,正如在页底的(6）所示。其中，是的第四列向量且在（5)中，通过加密公式(3)即可获得如图3(c)所
