無線音頻安全技術(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（除了一點煩惱）如果有人使用我們的音樂流，我們會關(guān)心是否有人通過打開我們的智能手機，筆記本電腦中內(nèi)置的麥克風(fēng)來收聽我們的對話，語音郵件或竊聽，電腦，平板電腦，甚至我們的電視。此外，我們應(yīng)該關(guān)心，因為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;除了簡單的竊聽之外，我們設(shè)備的控制可能會受到威脅。

此外，還有信任系統(tǒng)，如對講機，嬰兒監(jiān)視器，玩具機器人和無人機，它們使用簡單，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。在這里，問題，特別是無線鏈接，是任何人都可以收聽并傾聽，如果他們真的想要。

本文介紹了無線音頻安全技術(shù)，并討論了可用于確保隱私和安全的開發(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)以及使對話和音樂混亂且無法區(qū)分的音頻干擾器和擾碼器。

歪曲

內(nèi)容提供商使用保護方案來防止盜版。一個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還可以通過確保未經(jīng)授權(quán)的應(yīng)用程序在到達(dá)消費者計算機上的聲卡之前攔截它來提供維護音樂復(fù)制保護的方法（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)，以找到進入播放器設(shè)備的方式。

圖1：音頻行業(yè)對維護安全的音樂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，但音頻不會被擾亂，也不是很安全。

雖然有些人對低質(zhì)量音頻感到滿意，只要它是免費的，其他人則有動力合法購買音軌，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，但并不是因為音頻沒有被擾亂且難以辨認(rèn)。

為了真正防范盜版并保護隱私，實際音頻必須聽起來像未經(jīng)驗證的節(jié)點的噪音。為此，可以在模擬域，數(shù)字域或兩者中對音頻進行加擾。模擬域中的一種已建立的技術(shù)是語音反轉(zhuǎn)，其將頻率分量與來自載波的其他信號混合。然后對經(jīng)幅度調(diào)制的語音進行邊帶濾波，以使得到的信號有噪聲并且非常難以區(qū)分。

請注意，載波頻率也必須在音頻范圍內(nèi)，因為音頻的收發(fā)器鏈路針對此頻率范圍進行了優(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。然而，就像窗戶上的警報貼紙一樣，它可能會阻止90％的偶然和隨機竊聽者不想浪費時間來解決如何解除爭搶。

數(shù)字加擾

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

雖然數(shù)字?jǐn)_碼器的初衷是為了在接收器上實現(xiàn)精確的定時恢復(fù)以實現(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：偽隨機乘法擾碼器（Top）和解擾碼器（Bottom）可以在數(shù)據(jù)中輕松實現(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，但它也存在問題。首先，需要適當(dāng)級別的處理器來同時監(jiān)視和控制A/D和D/A級，可能進行基于數(shù)字軟件的過濾，存儲器和緩沖器管理，并實時執(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行，無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入大眾市場，所有基于密鑰的加密方案都可能變得無效。

安全音頻鏈接：部件和開發(fā)套件

開發(fā)系統(tǒng)和評估套件是學(xué)習(xí)，測試，試驗，開發(fā)和改進新設(shè)計的最佳方式。特別是在保護音頻鏈接時。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，而多個混合信號開發(fā)套件則支持藍(lán)牙音頻設(shè)計。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或開發(fā)無線板。

RN52是一款郵票大小，命令驅(qū)動的完全合格和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UART進行配置，但它還具有IIC和S/PDIF接口，可用于外部CODEC支持。

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

圖4：如果設(shè)計人員可以訪問內(nèi)部代碼，則可以使用具有本機DSP功能的藍(lán)牙設(shè)備。這有時可以在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。它還提供動態(tài)路由和交換網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，可以為移動應(yīng)用程序使用不同的路由路徑。

作為有用的無線音頻鏈接開發(fā)工具的一個例子，請考慮德州儀器CC85XXDK，它是該公司PurePath無線系列的成員。單通道，雙通道和四通道設(shè)備支持用于無線流媒體（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)跳頻擴頻和前向糾錯。此外，緩沖重傳允許無差錯模式，這在音頻中并不重要，但與控制系統(tǒng)有關(guān)。

其他幾種無線微控制器開發(fā)套件隨時可用，支持自定義代碼開發(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發(fā)套件可能是一個很好的起點。

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