無(wú)線音頻安全技術(shù)及用于確保安全隱私的措施方法

雖然我們可能不關(guān)心（除了一點(diǎn)煩惱）如果有人使用我們的音樂(lè)流，我們會(huì)關(guān)心是否有人通過(guò)打開(kāi)我們的智能手機(jī)，筆記本電腦中內(nèi)置的麥克風(fēng)來(lái)收聽(tīng)我們的對(duì)話，語(yǔ)音郵件或竊聽(tīng)，電腦，平板電腦，甚至我們的電視。此外，我們應(yīng)該關(guān)心，因?yàn)?a target="_blank">音頻鏈接也可以作為調(diào)制解調(diào)器風(fēng)格的數(shù)字鏈接;除了簡(jiǎn)單的竊聽(tīng)之外，我們?cè)O(shè)備的控制可能會(huì)受到威脅。

此外，還有信任系統(tǒng)，如對(duì)講機(jī)，嬰兒監(jiān)視器，玩具機(jī)器人和無(wú)人機(jī)，它們使用簡(jiǎn)單，低成本的窄帶AM或FM鏈路傳輸相當(dāng)好的音頻質(zhì)量信號(hào)。在這里，問(wèn)題，特別是無(wú)線鏈接，是任何人都可以收聽(tīng)并傾聽(tīng)，如果他們真的想要。

本文介紹了無(wú)線音頻安全技術(shù)，并討論了可用于確保隱私和安全的開(kāi)發(fā)工具包和安全措施。這包括標(biāo)準(zhǔn)的加密和解密技術(shù)以及使對(duì)話和音樂(lè)混亂且無(wú)法區(qū)分的音頻干擾器和擾碼器。

歪曲

內(nèi)容提供商使用保護(hù)方案來(lái)防止盜版。一個(gè)示例稱為安全音頻路徑 1 （SAP），并且是操作系統(tǒng)和ISP用于解密和解壓縮音頻然后在音頻內(nèi)容周圍包裹一層加密噪聲的技術(shù)。 SAP還可以通過(guò)確保未經(jīng)授權(quán)的應(yīng)用程序在到達(dá)消費(fèi)者計(jì)算機(jī)上的聲卡之前攔截它來(lái)提供維護(hù)音樂(lè)復(fù)制保護(hù)的方法（圖1）。這種技術(shù)允許音頻流的低質(zhì)量樣本遍歷云和網(wǎng)絡(luò)，以找到進(jìn)入播放器設(shè)備的方式。

圖1：音頻行業(yè)對(duì)維護(hù)安全的音樂(lè)傳送路徑有著既定的興趣。雖然這樣做的一種流行技術(shù)稱為安全音頻路徑，但音頻不會(huì)被擾亂，也不是很安全。

雖然有些人對(duì)低質(zhì)量音頻感到滿意，只要它是免費(fèi)的，其他人則有動(dòng)力合法購(gòu)買音軌，然后在認(rèn)證后獲得原始版本的音頻。雖然這被稱為安全音頻，但并不是因?yàn)橐纛l沒(méi)有被擾亂且難以辨認(rèn)。

為了真正防范盜版并保護(hù)隱私，實(shí)際音頻必須聽(tīng)起來(lái)像未經(jīng)驗(yàn)證的節(jié)點(diǎn)的噪音。為此，可以在模擬域，數(shù)字域或兩者中對(duì)音頻進(jìn)行加擾。模擬域中的一種已建立的技術(shù)是語(yǔ)音反轉(zhuǎn)，其將頻率分量與來(lái)自載波的其他信號(hào)混合。然后對(duì)經(jīng)幅度調(diào)制的語(yǔ)音進(jìn)行邊帶濾波，以使得到的信號(hào)有噪聲并且非常難以區(qū)分。

請(qǐng)注意，載波頻率也必須在音頻范圍內(nèi)，因?yàn)橐纛l的收發(fā)器鏈路針對(duì)此頻率范圍進(jìn)行了優(yōu)化。還要注意，盡管存在加擾，但是該技術(shù)很容易被硬件和/或軟件技術(shù)所擊敗，這些技術(shù)可以恢復(fù)高質(zhì)量的信號(hào)。然而，就像窗戶上的警報(bào)貼紙一樣，它可能會(huì)阻止90％的偶然和隨機(jī)竊聽(tīng)者不想浪費(fèi)時(shí)間來(lái)解決如何解除爭(zhēng)搶。

數(shù)字加擾

最初應(yīng)用于數(shù)字電路的術(shù)語(yǔ)加擾是一類將輸入數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為明顯隨機(jī)輸出流的電路。種子偽隨機(jī)反饋技術(shù)用于在算法上反轉(zhuǎn)關(guān)鍵位，并且可以確保不會(huì)出現(xiàn)0或1的長(zhǎng)串（圖2）。

雖然數(shù)字?jǐn)_碼器的初衷是為了在接收器上實(shí)現(xiàn)精確的定時(shí)恢復(fù)以實(shí)現(xiàn)同步，并分散功率譜以幫助滿足頻譜密度功率限制，但它也是扭曲音頻流并使其成為有用的技術(shù)。更難恢復(fù)。

圖2：偽隨機(jī)乘法擾碼器（Top）和解擾碼器（Bottom）可以在數(shù)據(jù)中輕松實(shí)現(xiàn)邏輯或軟件是數(shù)字形式。

加密和解密標(biāo)準(zhǔn)也可用于屏蔽音頻內(nèi)容，這似乎是最廣泛使用的安全方案，但它也存在問(wèn)題。首先，需要適當(dāng)級(jí)別的處理器來(lái)同時(shí)監(jiān)視和控制A/D和D/A級(jí)，可能進(jìn)行基于數(shù)字軟件的過(guò)濾，存儲(chǔ)器和緩沖器管理，并實(shí)時(shí)執(zhí)行加密算法，以免劇烈發(fā)生影響延遲和數(shù)字延遲。

其次，種子密鑰交換必須以某種方式進(jìn)行，無(wú)線窺探者可以接收任何正在發(fā)送的數(shù)據(jù)包（如果它足夠接近）。第三，信號(hào)的數(shù)據(jù)記錄可以允許離線處理以破壞密鑰并在稍后恢復(fù)音頻流。一旦量子cub處理器元件變得更容易進(jìn)入大眾市場(chǎng)，所有基于密鑰的加密方案都可能變得無(wú)效。

安全音頻鏈接：部件和開(kāi)發(fā)套件

開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和評(píng)估套件是學(xué)習(xí)，測(cè)試，試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)和改進(jìn)新設(shè)計(jì)的最佳方式。特別是在保護(hù)音頻鏈接時(shí)。雖然標(biāo)準(zhǔn)比比皆是，但專有加密并不是一件壞事。這使得一個(gè)潛在的入侵者更難以學(xué)習(xí)你的秘密醬。

現(xiàn)代設(shè)備大多使用藍(lán)牙音頻，而多個(gè)混合信號(hào)開(kāi)發(fā)套件則支持藍(lán)牙音頻設(shè)計(jì)。以Sparkfun WRL-12849模塊化音頻RN52分線模塊為例，用于藍(lán)牙音頻（圖3）。

圖3：無(wú)線芯片和模塊通常以突破形式支持，例如具有音頻支持的OEM或開(kāi)發(fā)無(wú)線板。

RN52是一款郵票大小，命令驅(qū)動(dòng)的完全合格和SIG認(rèn)證的藍(lán)牙3.0（傳統(tǒng)）模塊，帶有嵌入式天線，GPIO引腳和兩個(gè)差分音頻通道，用于高質(zhì)量音頻的立體聲流傳輸。雖然可以使用命令/響應(yīng)方案通過(guò)UART進(jìn)行配置，但它還具有IIC和S/PDIF接口，可用于外部CODEC支持。

可以直接測(cè)試模擬加擾，但如果要操作片上音頻DSP模塊，則需要開(kāi)發(fā)代碼以在內(nèi)部16位RISC處理器中運(yùn)行（圖4）。

圖4：如果設(shè)計(jì)人員可以訪問(wèn)內(nèi)部代碼，則可以使用具有本機(jī)DSP功能的藍(lán)牙設(shè)備。這有時(shí)可以在NDA下獲得。

Wi-Fi連接提供了更高帶寬數(shù)據(jù)鏈路的可能性，這將允許更高質(zhì)量的音頻或更多頻道。它還提供動(dòng)態(tài)路由和交換網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，可以為移動(dòng)應(yīng)用程序使用不同的路由路徑。

作為有用的無(wú)線音頻鏈接開(kāi)發(fā)工具的一個(gè)例子，請(qǐng)考慮德州儀器CC85XXDK，它是該公司PurePath無(wú)線系列的成員。單通道，雙通道和四通道設(shè)備支持用于無(wú)線流媒體（5 Mbit/sec速率）的高質(zhì)量數(shù)字音頻鏈路，采樣率高達(dá)48 KHz/24位寬度通道。 TI CC8520RHAT等部件使用自適應(yīng)跳頻擴(kuò)頻和前向糾錯(cuò)。此外，緩沖重傳允許無(wú)差錯(cuò)模式，這在音頻中并不重要，但與控制系統(tǒng)有關(guān)。

其他幾種無(wú)線微控制器開(kāi)發(fā)套件隨時(shí)可用，支持自定義代碼開(kāi)發(fā)以及已加擾或加密的標(biāo)準(zhǔn)音頻流接口。具有直接音頻支持的開(kāi)發(fā)套件可能是一個(gè)很好的起點(diǎn)。

最重要的是，盡管許多人使用擴(kuò)頻跳頻，但仍需要安全的現(xiàn)代音頻鏈接。由于目前可用的許多無(wú)線音頻鏈接套件不能以原生方式直接支持高級(jí)DSP功能，因此預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)更多解決方案。