【语音加密】基于matlab混沌+AES语音加密解密【含Matlab源码 1593期】

该篇博客介绍了如何使用Matlab进行语音信号的混沌加密,使用AES加密算法对语音进行分块处理,并展示了加密解密过程。通过AES-128模式,作者分享了AES加密函数的实现和关键代码片段,适用于电子密码本(ECB)、密码块链接(CBC)等模式。读者可以了解语音数据安全在通信中的重要性以及Matlab在信息安全领域的应用。

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⛄一、混沌语音加密简介

语音的数据安全是网络语音通信的重要问题之一,混沌序列由于具有类随机性常被用作加密密钥。

⛄二、部分源代码

clear all
close all
clc
%%
%aes加密
%利用密钥定义S盒
keyh = {‘2b’ ‘7e’ ‘15’ ‘16’ ‘28’ ‘ae’ ‘d2’ ‘a6’…
‘ab’ ‘f7’ ‘15’ ‘88’ ‘09’ ‘cf’ ‘4f’ ‘3c’};
key = hex2dec(keyh);
s = aesinit(key);
%切分语音矩阵
x=audioread(‘s.wav’);
x7=ceil(100x(:,2))+127;
n=floor(length(x7)/16);
for i=1:n
eval([‘x’,num2str(i+7),‘=’,‘x7(’,num2str((i-1)16+1),‘:’,num2str(i16),‘);’])
eval([‘ct’,num2str(i),‘=’,‘aesjiami(s,x’,num2str(i+7),‘);’])
eval([‘pt’,num2str(i),‘=’,‘aesjiemi(s,ct’,num2str(i),‘);’])
end
ct=[];
pt=[];
for i=1:n
eval([‘ct=[ct ct’,num2str(i),‘];’])
eval([‘pt=[pt pt’,num2str(i),‘];’])
end
t=(0:16
n-1)/8000;
figure(6)
subplot(3,1,1);
plot(t,x7(1:16*n))%原始语音信号
grid on;
axis tight;
title(‘原始语音信号’);
xlabel(‘time(s)’);
ylabel(‘幅度’);
subplot(3,1,2);
plot(t,ct)%加密语音信号
grid on;
axis tight;
title(‘加密语音信号’);
xlabel(‘time(s)’);
ylabel(‘幅度’);
subplot(3,1,3);
plot(t,pt)%加密语音信号
grid on;
axis tight;
title(‘解密语音信号’);
xlabel(‘time(s)’);
ylabel(‘幅度’);
function [output] = aes(s, oper, mode, input, iv, sbit)
% AES 加密/解密矩阵处理
% output = aes(s, oper, mode, input, iv, sbit)
% 加密/解密密钥标准:AES-128, AES-192, AES-256.
% NIST SP800-38A标准的密钥都可以适用(e.g. ECB, CBC, OFB, CFB, CTR).
% 解密例子: out = aesdecrypt(s, ‘dec’, ‘ecb’, data)
% s: AES结构(由aesinit产生)
% oper: 操作选项:
% ‘e’, ‘enc’, ‘encrypt’, ‘E’,… = encrypt加密
% ‘d’, ‘dec’, ‘decrypt’, ‘D’,… = decrypt解密
% mode: 操作模式
% ‘ecb’ = Electronic Codebook Mode电子密码本模式
% ‘cbc’ = Cipher Block Chaining Mode密码块链接模式
% ‘cfb’ = Cipher Feedback Mode密码反馈方式, 加密回馈模式
% ‘ofb’ = Output Feedback Mode输出反馈模式
% ‘ctr’ = Counter Mode计数器模式
% 如需要使用counter mode,则使用另一函数AES_GET_COUNTER()
% input: 16位明文/密文
% iv: 初始化向量
% sbit: CFB模式的参数长度
% output: 输出密文/明文
%
% 参考文献:
% Morris Dworkin, Recommendation for Block Cipher Modes of Operation
% Methods and Techniques
% NIST Special Publication 800-38A, 2001 Edition

error(nargchk(4, 6, nargin));

validateattributes(s, {‘struct’}, {});
validateattributes(oper, {‘char’}, {});
validateattributes(mode, {‘char’}, {});
validateattributes(input, {‘numeric’}, {‘real’, ‘vector’, ‘>=’, 0, ‘<’, 256});
if (nargin >= 5)
validateattributes(iv, {‘numeric’}, {‘real’, ‘vector’, ‘>=’, 0, ‘<’, 256});
if (length(iv) ~= 16)
error(‘Length of ‘‘iv’’ must be 16.’);
end
end
if (nargin >= 6)
validateattributes(sbit, {‘numeric’}, {‘real’, ‘scalar’, ‘>=’, 1, ‘<=’, 128});
end

if (mod(length(input), 16))
error(‘Length of ‘‘input’’ must be multiple of 16.’);
end

switch lower(oper)
case {‘encrypt’, ‘enc’, ‘e’}
oper = 0;
case {‘decrypt’, ‘dec’, ‘d’}
oper = 1;
otherwise
error(‘Bad ‘‘oper’’ parameter.’);
end

blocks = length(input)/16;
input = input(😃;

switch lower(mode)

case {'ecb'}
    % Electronic Codebook Mode
    % ------------------------
    output = zeros(1,length(input));
    idx = 1:16;
    for i = 1:blocks
        if (oper)
            % 解密
            output(idx) = aesdecrypt(s,input(idx));
        else
            % 加密
            output(idx) = aesencrypt(s,input(idx));
        end
        idx = idx + 16;
    end
    
case {'cbc'}
    % Cipher Block Chaining Mode
    % --------------------------
    if (nargin < 5)
        error('Missing initialization vector ''iv''.');
    end
    output = zeros(1,length(input));
    ob = iv;
    idx = 1:16;
    for i = 1:blocks
        if (oper)
            % 解密
            in = input(idx);
            output(idx) = bitxor(ob(:), aesdecrypt(s,in)');
            ob = in;
        else
            % 加密
            ob = bitxor(ob(:), input(idx));
            ob = aesencrypt(s, ob);
            output(idx) = ob;
        end
        idx = idx + 16;
    end
    % 储存用于块传递的iv
    s.iv = ob;
    
case {'cfb'}
    % Cipher Feedback Mode
    if (nargin < 6)
        error('Missing ''sbit'' parameter.');
    end
    % 读取输入明文/密文的长度
    bitlen = 8*length(input);
    % 循环计数器
    rounds = round(bitlen/sbit);
    % 检测错误 
    if (rem(bitlen, sbit))
        error('Message length in bits is not multiple of ''sbit''.');
    end
    % 将输入转换为比特流
    inputb = reshape(de2bi(input,8,2,'left-msb')',1,bitlen);
    % 预设init
    ib = iv;
    ibb = reshape(de2bi(ib,8,2,'left-msb')',1,128);
    % 预设输出二进制流
    outputb = zeros(size(inputb));
    for i = 1:rounds
        iba = aesencrypt(s, ib);
        % 移位
        ibab = reshape(de2bi(iba,8,2,'left-msb')',1,128);
        ibab = ibab(1:sbit);
        inpb = inputb((i - 1)*sbit + (1:sbit));
        outb = bitxor(ibab, inpb);
        outputb((i - 1)*sbit + (1:sbit)) = outb;
        if (oper)
            % 解密
            % 定义新移位方式
            ibb = [ibb((1 + sbit):end) inpb];
        else
            % 加密
            ibb = [ibb((1 + sbit):end) outb];
        end
        % 返回字节
        ib = bi2de(vec2mat(ibb,8),'left-msb');
        % 循环
    end
    output = bi2de(vec2mat(outputb,8),'left-msb');
    % 储存用于块传递的iv
    s.iv = ib;
    

    
case {'ctr'}
    % Counter Mode
    if (nargin < 5)
        iv = 1;
    end
    output = zeros(1,length(input));
    idx = 1:16;
    for i = (iv):(iv + blocks - 1)
        ib = AES_GET_COUNTER(i);
        ib = aesencrypt(s, ib);
        output(idx) = bitxor(ib(:), input(idx));
        idx = idx + 16;
    end
    s.iv = iv + blocks;
    
otherwise
    error('Bad ''oper'' parameter.');

end

⛄三、运行结果

在这里插入图片描述
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在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
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⛄四、matlab版本及参考文献

1 matlab版本
2014a

2 参考文献
[1]韩纪庆,张磊,郑铁然.语音信号处理(第3版)[M].清华大学出版社,2019.
[2]柳若边.深度学习:语音识别技术实践[M].清华大学出版社,2019.
[3]葛秀梅,仲伟波,李忠梅,范东升.基于DSP的混沌语音加密解密系统[J].实验室研究与探索. 2014,33(09)

3 备注
简介此部分摘自互联网,仅供参考,若侵权,联系删除

🍅 仿真咨询
1 各类智能优化算法改进及应用

生产调度、经济调度、装配线调度、充电优化、车间调度、发车优化、水库调度、三维装箱、物流选址、货位优化、公交排班优化、充电桩布局优化、车间布局优化、集装箱船配载优化、水泵组合优化、解医疗资源分配优化、设施布局优化、可视域基站和无人机选址优化

2 机器学习和深度学习方面
卷积神经网络(CNN)、LSTM、支持向量机(SVM)、最小二乘支持向量机(LSSVM)、极限学习机(ELM)、核极限学习机(KELM)、BP、RBF、宽度学习、DBN、RF、RBF、DELM、XGBOOST、TCN实现风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断

3 图像处理方面
图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知

4 路径规划方面
旅行商问题(TSP)、车辆路径问题(VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等)、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、车辆协同无人机路径规划、天线线性阵列分布优化、车间布局优化

5 无人机应用方面
无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配

6 无线传感器定位及布局方面
传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化

7 信号处理方面
信号识别、信号加密、信号去噪、信号增强、雷达信号处理、信号水印嵌入提取、肌电信号、脑电信号、信号配时优化

8 电力系统方面
微电网优化、无功优化、配电网重构、储能配置

9 元胞自动机方面
交通流 人群疏散 病毒扩散 晶体生长

10 雷达方面
卡尔曼滤波跟踪、航迹关联、航迹融合

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