基于fpga的语音加密系统研究与设计

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1、分类号：TN929学校单位代码：10446硕士学位论文论文题目:基于FPGA的语音加密系统研究与设计研究生姓名：张慧霞学科、专业：通信与信息系统研究方向：无线通信导师姓名、职称：赵建平教授论文完成时间：2014年4月万方数据基于FPGA的语音加密系统研究与设计ResearchandDesignofSpeechEncryptionSystemBasedonFPGA曲阜师范大学物理工程学院2014年4月万方数据曲阜师范大学研究生学位论文原创性说明（根据学位论文类型相应地在“□”划“√”）本人郑重声明：此处所提交的博士□/硕士□论文《基于FPG

2、A的语音加密系统研究与设计》，是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读博士□/硕士□学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包含他人已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书（根据学位论文类型相应地在“□”划“√”）《基于FPGA的语音加密系统研究与设计》系本人在曲阜师范大学攻读博士□/硕士□学位期间，在导师指导下完成的博士□/硕士□学位论文。本论文的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文

3、的研究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权曲阜师范大学，可以采用影印或其他复制手段保存论文，可以公开发表论文的全部或部分内容。作者签名：日期：导师签名：日期：万方数据摘要摘要近年来，随着通信技术的发展，移动手机已经成为我们日常生活中必不可少的一部分，但是现有的移动通信网络仍存在一定的安全隐患。致使个人隐私、商业机密甚至国家一些军事机密被泄露，给移动用户带来了巨大的损失，所以保障语音信息的安全性是当今亟需解决的问

4、题。针对目前移动通信网络存在语音泄露的问题，本文提出一种新的语音加密方法。在移动的终端利用密钥长度是256bit的AES算法对语音信息进行加密处理，保障语音信息在整个通信过程中都以密文的形式传输。系统整体设计主要是采用Altera公司提供的DE2开发板来进行实现的。利用开发工具QuartusII、SOPCBuilder和NiosIIIDE搭建系统来完成整个语音加密系统的设计，其中NiosII处理器是整个控制系统的核心，SDRAM控制器用来控制SDRAM实现数据的存储，PIO口用来连接语音加密算法AES模块与Avalon总线，同时还添加了用

5、户自定义的AUDIO_FIFO模块，用来连接语音编解码芯片WM8731与Avalon总线，针对连接到SDRAM芯片上的时钟信号和NiosII系统中SDRAM控制器的时钟信号频率相同问题。通过添加一个片内锁相环PLL来完成它们之间的时钟相位调整，用户还根据设计的需要添加一些外设，通过SOPCBuilder开发工具完成整个语音加密系统的搭建。这样大大降低了用户的设计风险，避免开发者重复开发已经设计好的模块，缩短了系统的开发周期。语音采集和回放主要是通过WM8731芯片来完成，采集到的数字语音信息通过AES加密算法来实现语音的加密，此加密算法是

6、采用硬件加密方式，通过硬件描述语言Verilog来实现，其中密钥长度是256bit，与以前128bit密钥相比大大加大了破解难度。最后通过Modesim_6.4a仿真软件对加密运算和解密运算分别进行了仿真，验证了算法的正确性。利用Matlab软件更加直观地呈现了加密结果与解密结果，而且验证了当输入错误密钥时不能把密文进行正确的解密。把算法处理后的数据通过类语音调制解调，再利用现有的GSM网络实现语音信息的传输。关键词：FPGA；SOPC；AES算法；语音加密；WM8731I万方数据AbstractAbstractInrecentyears

7、,withthedevelopmentofcommunicationtechnology,mobilephonehas becomeanessentialpartofourdailylife,butnowthemobilecommunicationnetworkexists certainsecurityrisks.Thepersonalprivacy,commercialsecretsandevensomenationalmilitary secretswereleaked.Ithasbroughthugelossestothemobi

8、leuser,Sotoensurethesecurityofthe voiceinformationisoneoftheurgentproblems.Inviewofthecurrentmob