关于无线音频安全技术方案解析

　　虽然我们可能不在乎（除了一点点烦恼）是否有人进入我们的音乐流，但我们确实关心是否有人通过打开我们智能手机、笔记本电脑、电脑、平板电脑中内置的麦克风来收听我们的对话、语音邮件或窃听，甚至我们的电视。此外，我们应该注意，因为音频链接也可以用作调制解调器式数字链接；除了简单的窃听之外，对我们设备的控制也可能存在风险。

　　此外，还有一些信任系统，如对讲机、婴儿监视器、玩具机器人和无人机，它们使用简单且低成本的窄带 AM 或 FM 链路来传输相当好的音频质量信号。在这里，尤其是无线链接的问题是，任何人都可以收听并收听，如果他们真的想收听的话。

　　本文着眼于无线音频安全技术，并讨论开发工具包和可用于帮助确保隐私和安全的保护措施。这包括标准的加密和解密技术以及音频干扰器和扰频器，它们使对话和音乐变得乱码和无法区分。

　　被扭曲

　　内容提供商使用保护方案来防范盗版。一个示例称为安全音频路径1 （SAP），它是操作系统和 ISP 用来解密和解压缩音频，然后在音频内容周围包裹一层加密噪声的技术。SAP 还可以通过确保音乐在到达消费者计算机上的声卡之前不会被未经授权的应用程序截获来提供一种维护音乐复制保护的方法。这种技术允许低质量的音频流样本穿过云和网络以找到进入播放器设备的方式。

　　虽然有些人对免费的低质量音频感到满意，但其他人则有动机合法购买音轨，然后在认证后获得原始版本的音频。虽然这被称为安全音频，但这并不是因为音频没有被扰乱和难以辨认。

　　为了真正防止盗版和保护隐私，实际音频必须听起来像未经身份验证的节点的噪音。为此，可以在模拟域、数字域或两者中对音频进行加扰。模拟领域中一种成熟的技术是将频率分量与来自载波的其他信号混合的语音反转。然后对幅度调制的语音进行边带滤波，以使产生的信号嘈杂且难以区分。

　　请注意，载波频率也必须在音频范围内，因为音频收发器链路已针对该频率范围进行了优化。还请注意，尽管存在加扰，但仍可以恢复高质量信号的硬件和/或软件技术很容易击败该技术。但是，就像窗户上的警报贴纸一样，它可能会阻止 90% 的偶然和随机窃听者，他们不想浪费时间弄清楚如何解密。

　　数字加扰

　　最初应用于数字电路的术语加扰是一类将输入数据流转换为明显随机输出流的电路。种子伪随机反馈技术用于在算法上反转密钥位，并且可以确保不会出现长的 0 或 1 字符串。

　　虽然数字扰频器的最初目的是在接收器上实现准确的定时恢复以实现同步，并分散功率谱以帮助满足频谱密度功率限制，但它也是一种有用的技术，可以使音频流失真并使其更难恢复。

　　图 ：一旦数据为数字形式，伪随机乘法加扰器（上）和解扰器（下）可以很容易地在逻辑或软件中实现。

　　加密和解密标准也可以用来屏蔽音频内容，这似乎是使用最广泛的安全方案，但它也存在问题。首先，需要一个合适级别的处理器来同时监视和控制 A/D 和 D/A 级，可能进行基于数字软件的滤波、内存和缓冲区管理，并实时执行加密算法，以免急剧影响延迟和数字延迟。

　　其次，必须以某种方式进行种子密钥交换，如果距离足够近，无线窥探者可以接收任何正在发送的数据包。第三，信号的数据记录可以允许离线处理破解密钥并在以后恢复音频流。一旦量子肘处理器元件在大众市场上变得更加可用，所有基于密钥的加密方案都可能变得无效。

　　安全音频链接：零件和开发套件

　　开发系统和评估套件是学习、测试、实验、开发和改进新设计的最佳方式。尤其是在保护音频链接时。虽然标准比比皆是，但专有加密并不是一件坏事。这让潜在的入侵者更难了解你的秘诀。

　　现代设备大多使用蓝牙进行音频，一些混合信号开发套件支持蓝牙音频设计。以用于蓝牙音频的Sparkfun WRL-12849模块化音频 RN52 分线模块为例。

　　RN52 是邮票大小、命令驱动的完全合格和 SIG 认证的蓝牙 3.0（旧版）模块，具有嵌入式天线、GPIO 引脚和两个差分音频通道，用于高质量音频的立体声流传输。虽然可以使用命令/响应方案通过 UART 进行配置，但它还具有 IIC 和 S/PDIF 接口以支持外部 CODEC。

　　可以直接测试模拟加扰，但如果您想操作片上音频 DSP 模块，则需要开发代码以在内部 16 位 RISC 处理器中运行。

　　图 ：如果设计人员可以访问内部代码，则可以使用具有原生 DSP 功能的蓝牙设备。这有时可以在 NDA 下获得。

　　Wi-Fi 连接提供了更高带宽数据链路的可能性，这将允许更高质量的音频或更多通道。它还提供了动态路由和交换网络的好处，可以为移动应用程序使用不同的路由路径。

　　作为一个有用的无线音频链路开发工具的例子，请考虑德州仪器 公司的 PurePath 无线系列产品CC85XXDK 。单通道、双通道和四通道设备支持用于无线流式传输的高质量数字音频链路（5 Mbit/sec 速率），采样率高达 48 KHz/24 位宽度通道。TI CC8520RHAT等部件使用具有前向纠错功能的自适应跳频扩频。此外，缓冲重传允许无差错模式，这在音频中并不重要，但在控制系统中是关键的。

　　其他几个无线微控制器开发套件已准备好使用，支持自定义代码开发以及与已加扰或加密的标准音频流的接口。具有直接音频支持的开发套件可能是一个不错的起点。

　　最重要的是，尽管许多人使用扩频跳频，但仍需要安全的现代音频链路。由于目前可用的许多无线音频链接套件并不以原生方式直接支持高级 DSP 功能，因此预计会出现更多解决方案。