无线音频安全技术及用于确保安全隐私的措施方法

虽然我们可能不关心（除了一点烦恼）如果有人使用我们的音乐流，我们会关心是否有人通过打开我们的智能手机，笔记本电脑中内置的麦克风来收听我们的对话，语音邮件或窃听，电脑，平板电脑，甚至我们的电视。此外，我们应该关心，因为音频链接也可以作为调制解调器风格的数字链接;除了简单的窃听之外，我们设备的控制可能会受到威胁。

此外，还有信任系统，如对讲机，婴儿监视器，玩具机器人和无人机，它们使用简单，低成本的窄带AM或FM链路传输相当好的音频质量信号。在这里，问题，特别是无线链接，是任何人都可以收听并倾听，如果他们真的想要。

本文介绍了无线音频安全技术，并讨论了可用于确保隐私和安全的开发工具包和安全措施。这包括标准的加密和解密技术以及使对话和音乐混乱且无法区分的音频干扰器和扰码器。

歪曲

内容提供商使用保护方案来防止盗版。一个示例称为安全音频路径 1 （SAP），并且是操作系统和ISP用于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还可以通过确保未经授权的应用程序在到达消费者计算机上的声卡之前拦截它来提供维护音乐复制保护的方法（图1）。这种技术允许音频流的低质量样本遍历云和网络，以找到进入播放器设备的方式。

图1：音频行业对维护安全的音乐传送路径有着既定的兴趣。虽然这样做的一种流行技术称为安全音频路径，但音频不会被扰乱，也不是很安全。

虽然有些人对低质量音频感到满意，只要它是免费的，其他人则有动力合法购买音轨，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，但并不是因为音频没有被扰乱且难以辨认。

为了真正防范盗版并保护隐私，实际音频必须听起来像未经验证的节点的噪音。为此，可以在模拟域，数字域或两者中对音频进行加扰。模拟域中的一种已建立的技术是语音反转，其将频率分量与来自载波的其他信号混合。然后对经幅度调制的语音进行边带滤波，以使得到的信号有噪声并且非常难以区分。

请注意，载波频率也必须在音频范围内，因为音频的收发器链路针对此频率范围进行了优化。还要注意，尽管存在加扰，但是该技术很容易被硬件和/或软件技术所击败，这些技术可以恢复高质量的信号。然而，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不想浪费时间来解决如何解除争抢。

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关键位，并且可以确保不会出现0或1的长串（图2）。

虽然数字扰码器的初衷是为了在接收器上实现精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，但它也是扭曲音频流并使其成为有用的技术。更难恢复。

图2：伪随机乘法扰码器（Top）和解扰码器（Bottom）可以在数据中轻松实现逻辑或软件是数字形式。

加密和解密标准也可用于屏蔽音频内容，这似乎是最广泛使用的安全方案，但它也存在问题。首先，需要适当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过滤，存储器和缓冲器管理，并实时执行加密算法，以免剧烈发生影响延迟和数字延迟。

其次，种子密钥交换必须以某种方式进行，无线窥探者可以接收任何正在发送的数据包（如果它足够接近）。第三，信号的数据记录可以允许离线处理以破坏密钥并在稍后恢复音频流。一旦量子cub处理器元件变得更容易进入大众市场，所有基于密钥的加密方案都可能变得无效。

安全音频链接：部件和开发套件

开发系统和评估套件是学习，测试，试验，开发和改进新设计的最佳方式。特别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。这使得一个潜在的入侵者更难以学习你的秘密酱。

现代设备大多使用蓝牙音频，而多个混合信号开发套件则支持蓝牙音频设计。以Sparkfun WRL-12849模块化音频RN52分线模块为例，用于蓝牙音频（图3）。

图3：无线芯片和模块通常以突破形式支持，例如具有音频支持的OEM或开发无线板。

RN52是一款邮票大小，命令驱动的完全合格和SIG认证的蓝牙3.0（传统）模块，带有嵌入式天线，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，可用于外部CODEC支持。

可以直接测试模拟加扰，但如果要操作片上音频DSP模块，则需要开发代码以在内部16位RISC处理器中运行（图4）。

图4：如果设计人员可以访问内部代码，则可以使用具有本机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频道。它还提供动态路由和交换网络的优势，可以为移动应用程序使用不同的路由路径。

作为有用的无线音频链接开发工具的一个例子，请考虑德州仪器CC85XXDK，它是该公司PurePath无线系列的成员。单通道，双通道和四通道设备支持用于无线流媒体（5 Mbit/sec速率）的高质量数字音频链路，采样率高达48 KHz/24位宽度通道。 TI CC8520RHAT等部件使用自适应跳频扩频和前向纠错。此外，缓冲重传允许无差错模式，这在音频中并不重要，但与控制系统有关。

其他几种无线微控制器开发套件随时可用，支持自定义代码开发以及已加扰或加密的标准音频流接口。具有直接音频支持的开发套件可能是一个很好的起点。

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接。由于目前可用的许多无线音频链接套件不能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。