雙音頻信號數據傳輸系統中線路加密傳輸的方法和系統的製作方法

2023-05-27 20:45:46 2

專利名稱：雙音頻信號數據傳輸系統中線路加密傳輸的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在雙音頻(DTMF)信號數據傳輸系統中為用戶重要數據提供加密傳輸的方法和系統。
眾所周知，目前雙音頻信號數據傳輸系統應用相當普及，但用戶重要數據在從用戶終端至雙音頻信號數據傳輸系統的收號器的傳輸過程中，基本上未採取任何加密傳輸的措施，這樣，在方便用戶的同時，也給不法分子竊密提供了相當的可能性。例如，一種簡便易行、技術含量低、隱蔽效果好、實踐也證明行之有效的竊密方法，就是在目標用戶的室外用戶線上並接或耦合簡易收號器，記錄下用戶所發號碼後進行簡單分析，即可提取用戶重要數據。
由於用戶終端、用戶線與用戶電路的性能參數相差甚遠，而且雙音頻信號數據傳輸系統無法對其性能進行有效控制，所以要實現用戶線上的加密傳輸工作十分困難。
就目前所知的雙音頻信號數據加密傳輸技術中，尚未能有效地防止用戶線上的竊密。如現有的一種加密方法是，在用戶終端發送DTMF信號的同時，系統也向用戶線上發送背景噪聲，以幹擾用於竊密的收號器的接收。但這種方法僅僅針對比較簡陋的竊密收號器，且收效甚微。
本發明的目的是提供一種應用於雙音頻信號數據傳輸系統，使用靈活方便，對用戶環境適應性強，對系統無任何不良影響，且加密可靠性極高的，在用戶線上使用DTMF信號加密傳輸的實現方法和系統。
本發明提供了一種為雙音頻信號數據傳輸系統提供線路加密傳輸的方法，通過標準收號器和音資源在線路上進行加密傳輸，其特徵在於包括以下步驟用戶通過用戶終端輸入重要數據前，所述音資源提示用戶選擇加密傳輸；對用戶是否選擇加密傳輸進行確認，如用戶選擇加密傳輸，則對用戶終端、用戶線及2／4線轉換電路所構成的用戶環境進行自適應訓練，找出最適合當前環境的加密碼組；開始線路加密傳輸時，所述音資源向用戶線路上發送系統幹擾DTMF信號流，即所述最適合當前環境的加密碼組，同時標準收號器接收並處理用戶輸入的重要數據；線路加密傳輸結束，進入正常的用戶業務處理；如用戶選擇不加密傳輸，則按普通流程接收並處理用戶數據。
所述為雙音頻信號數據傳輸系統提供線路加密傳輸的方法，其特徵還在於所述幹擾DTMF信號流由按鍵「0」-「9」的DTMF信號組成，DTMF信號流的號碼、電平及發送速度由均勻隨機分布函數產生。
所述為雙音頻信號數據傳輸系統提供線路加密傳輸的方法，其特徵還在於所述的自適應訓練方法包括以下步驟所述音資源從高頻和低頻分別為(-7dBm，-9dBm)開始發出特定號碼的DTMF信號；由標準收號器接收回輸號碼；如果標準收號器能接收到回輸號碼，則所述的音資源發出比上次發出功率低一級的功率組合的固定號碼的DTMF信號；重複上述步驟，直至標準收號器收不到回輸號碼，記下此臨界功率組合，不大於此臨界功率組合的各組按鍵的DTMF信號即為最合適的加密傳輸碼組；若功率降至(-29dBm，-31dBm)時標準收號器還能收到回輸號碼，則此用戶環境不適於作加密傳輸，自適應訓練失敗。
本發明還提供一種實現上述方法的系統，其特徵在於包括用於提示用戶是否選擇加密傳輸，並向用戶發送DTMF幹擾數據的音資源；用於接收並處理用戶輸入的數據，及在自適應訓練過程中接收回輸號碼的標準收號器；用來協調所述標準收號器與所述音資源實現所述對線路的加密傳輸方法的軟體模塊。
如上所述的系統，其特徵還在於所述音資源包括基本固定音與語音；與加密傳輸相關的錄音通知；高頻與低頻功率分別為(-7dBm，-9dBm)至(-29dBm，-31dBm)的間隔取樣的標準用戶終端按鍵的DTMF信號。
如上所述的系統，其特徵還在於所述系統不僅可以內置於雙音頻信號數據傳輸系統中，還可以做成帶有開放接口的獨立的加密傳輸設備，並通過開放接口集成入雙音頻信號數據傳輸系統中以實現對線路的加密傳輸。
由於用戶終端、用戶線與用戶電路的性能參數的多變性與複雜性，現有技術條件下雙音頻信號數據傳輸系統無法對其性能進行有效控制，更無法測量其性能參數，所以一般的系統加密傳輸工作並不能有效實現用戶線上的加密傳輸功能。本發明由於採用了向用戶線發出DTMF信號幹擾源和用戶環境自適應的技術，因此與現有技術相比，具有環境適應能力很強、加密傳輸可靠性很高、誤檢測概率極低的特點，從而克服了現有技術的不足。據本申請人大量實驗統計表明，在各種常見用戶環境下，加密傳輸的可靠率高達95％以上，誤檢測概率為0；即使在很難得一遇的用戶環境嚴重惡化的情況下，加密傳輸的可靠率也仍然能達到這一要求，引入的誤檢測概率也為0。同時，本發明既可以在現有系統中通過簡單的增加業務軟體模塊和音資源來實現本發明的目的，也可以做成獨立的設備，使本發明可以靈活地實現。
現結合附圖詳細說明本發明方法的實施例。


圖1是本發明方法應用於電話增值業務系統的結構框圖；圖2是本發明方法一個實施例信用卡電話付費系統的結構框圖；圖3是圖2所示結構中業務交換點的結構框圖4是說明本實施例中對用戶加密傳輸與否的選擇和用戶環境自適應訓練的流程示意圖；圖5是說明用戶不加密傳輸時卡號與密碼的接收流程示意圖；圖6是說明用戶加密傳輸時卡號與密碼的接收流程示意圖。
圖1示出了本發明所述的加密傳輸系統101在電話增值業務系統100中的應用。電話增值業務系統100通過中繼接口A18、中繼接口B18』與電信公網110相連接，竊密用收號器120並接或耦接在電信公網110的用戶線上。在圖1中，用戶終端11輸入的重要數據，即通過用戶終端撥出的卡號與密碼的DTMF信號經用戶線X和2／4線轉換電路14上行至交換網B13，再交換到電話增值業務系統100的標準收號器15，同時，該信號也經用戶線X送到竊密用收號器120，因此，竊密用收號器120也可以接收到用戶撥出的卡號和密碼。
當用戶選擇加密傳輸時，在上述上行信號傳輸的同時，軟體模塊17調用音資源16發送系統幹擾數據，即下行的DTMF信號流，經電信公網110的交換網B13交換給2／4線轉換電路14後傳送至用戶線X，因此，並接或耦合在用戶線X上的竊密用收號器120同時還收到音資源16發出的幹擾DTMF信號流。
這些DTMF幹擾信號流由按鍵「0」-「9」的DTMF信號組成。DTMF信號流的號碼、電平及發送速度(發送信號的個數／每分鐘)由均勻隨機分布函數產生，通過音資源16被發送到用戶線X上。這樣，在用戶線路上的竊密收號器120所收到的數據，都是上述用戶數據DTMF信號和隨機的系統幹擾數據DTMF信號的無序組合。要想從這種組合中提取出真正的用戶數據，其概率小於10-5，因此達到了為用戶數據提供加密傳輸的作用。
在上述加密傳輸過程中，音資源16發出的DTMF幹擾信號還可能會回輸到標準收號器15，即對標準收號器15接收用戶終端輸入的數據的DTMF信號產生一定的幹擾，導致標準收號器15收號失敗。
根據原郵電部頒布的行業標準，對於500Hz-2000Hz的音頻信號，當負載為標準三元件時，2／4線轉換電路13的回輸損耗不小於18dB。但由於用戶終端11與用戶線X的阻抗不同於標準三元件，實際回輸損耗會小於18dB。同時由於不同用戶環境的回輸損耗率相差甚遠，因此要提高用戶線加密傳輸的效率及可靠性，還要求從音資源16發出的加密傳輸用DTMF信號的電平必須適應用戶環境的變化，以保證發出的DTMF信號電平最高，而且還要求不能因回輸過大而影響系統數據的接收。
因此，本發明為滿足上述要求，引入了自適應訓練過程，以消除DTMF幹擾信號對標準收號器15的影響。在用戶一次通話過程中，其用戶終端11、用戶線X與2／4線轉換電路14的性能參數是穩定的，從而2／4線轉換電路14的回輸損耗也是穩定的，因此可以通過自適應訓練選擇適應本次通話過程的DTMF幹擾信號。
在進行用戶環境自適應訓練時，選取的特徵號碼應具有頻率跨度最大、回輸損耗最小的特點，以涵蓋所有其它號碼，本發明中選用了最符合上述特徵的號碼「3」。當然，本發明中也可以選用其它任意符合上述條件的雙音頻組合的固定音訓練。
自適應訓練過程的流程如圖4所示由S41開始，系統播放語音「加密傳輸請按1，不加密傳輸請按2」，由用戶選擇是否加密傳輸；若用戶選擇不加密傳輸，即在S43時接收到用戶撥號為2，則跳至S51，即圖5的程序人口，進入接收卡號與密碼的流程；若用戶選擇加密傳輸，即在S42時接收到用戶撥號為1，則從S44開始對用戶終端11、用戶線X及2／4線轉換電路14所構成的用戶環境進行自適應訓練。自適應訓練時周而復始重複S45、S46、S47、S48的過程，直至在S46時接收不到訓練號碼「3」，此時的Fa即為臨界功率組合，記作Fc，而不大於臨界功率組合Fc的功率組合的號碼固定音即為最合適的加密傳輸碼組。此時流程跳至S61，即轉入圖6的程序人口，執行加密傳輸流程。
若在S47時條件滿足，即Fa=(-29dBm，-31dBm)，即所有用於自適應訓練的號碼經2／4線轉換電路14均能被標準收號器15收到，則表明此用戶環境不適於作加密傳輸。此時流程強制跳至S51，即圖5的程序入口，執行不加密傳輸流程。
當然也可以採用一種由低功率到高功率依次遞增的方式進行自適應訓練。如從(-31dBm，-29dBm)的功率開始發出信號，功率依次遞增，直至標準收號器15能收到回輸號碼為止。同時發送DTMF信號的功率範圍也可以做相應的調整，並不局限於從(-7dBm，-9dBm)到(-29dBm，-31dBm)。
經過自訓練過程後，音資源16發送的經自適應訓練的DTMF幹擾信號經回輸損耗後不能被標準收號器15收到，標準收號器15隻能收到用戶終端11輸入的數據的DTMF信號，因此不會影響對系統數據的接收。
圖4中，Fa表示(-7dBm，-9dBm)至(-29dBm，-31dBm)中的一個功率組合，Fa-1表示比Fa標識的功率組合低一級的功率組合；Fb為卡號與密碼加密傳輸標識，0表示不加密，1表示加密；Fc表示臨界功率組合，不大於臨界功率組合Fc的功率組合的號碼固定音即為最合適的加密傳輸碼組。
圖5流程簡單示出了不加密傳輸時接收用戶輸入的重要數據，即通過用戶終端撥出的卡號與密碼的流程。該圖主要用來與圖6對照，因此不再詳細介紹。
圖6流程簡單示出了加密傳輸時接收卡號與密碼的流程。
當圖4所示的自適應訓練過程結束後，系統播放語音「請輸入卡號並以#號結束」，進入卡號輸入程序；當用戶撥出卡號時，系統同時播放隨機時長、隨機號碼、隨機電平的不大於Fc功率組合的號碼固定音，並接收用戶撥出的卡號，直至撥號結束；若輸入卡號不正確，則返回到步驟S61，重新開始輸入卡號；若輸入卡號正確，播放語音「請輸入密碼」，進入密碼輸入程序；當用戶撥出密碼時，系統同時播放隨機時長、隨機號碼、隨機電平的不大於Fc功率組合的號碼固定音，並接收用戶撥出的密碼，直至撥號結束；若輸入密碼不正確，則返回到步驟S61，重新開始輸入卡號；若輸入密碼正確，則加密傳輸程序結束，進入正常的業務程序。
圖2給出的實施例是將本發明的技術方案應用於深圳市中興通訊股份有限公司開發的基於智能網體系的信用卡電話付費系統200時的情況。信用卡電話付費系統200是在圖1中電話增值業務系統100的基礎上物化的結果。
圖3是圖2所示結構中業務交換點的結構框圖；信用卡電話付費系統200與電信公網110間物理連接採用E1中繼，信令採用No．7信令；信用卡電話付費系統200內部的業務交換點201、業務控制點202、交互語音應答系統203與操作維護模塊204間物理連接採用乙太網，傳輸方式符合TCP／IP協議。
標準收號器15與音資源16存在於業務交換點201內，而實現本發明方法的軟體模塊17運行於業務控制點202上。軟體模塊17對標準收號器15與音資源16的命令消息由業務控制點202的處理器產生，通過乙太網發送給業務交換點201的主處理機20，主處理機20解釋後產生內部相應的自定義消息，再由通訊模塊19按HDLC格式打包並插入HighWay適當的時隙，繼而由交換網A12交換至標準收號器15和音資源16；標準收號器15與音資源16對軟體模塊17的響應消息的路由則與之相反。
音資源16除了包括完成基本電話增值業務所必須的固定音與語音外，還包括如下間隔取樣的標準用戶終端按鍵的DTMF信號高頻與低頻功率分別為(-7dBm，-9dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-9dBm，-11dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-11dBm，-13dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-13dBm，-15dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-15dBm，-17dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-17dBm，-19dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-19dBm，-21dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-21dBm，-23dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-23dBm，-25dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-25dBm，-27dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-27dBm，-29dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-29dBm，-31dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號。
音資源16還包括語音「加密傳輸請按1，不加密傳輸請按2」，語音「請稍候」。
實現本發明方法的軟體模塊17運行於業務控制點202上，它的工作開始於用戶通過電信公網110撥通信用卡電話付費系統200並進行完歸屬銀行等的選擇之後、輸入信用卡號與密碼之前，結束於信用卡號與密碼輸入正確之後，按照圖4、圖5和圖6所示的工作流程運行。
以上詳細說明了本發明方法和系統的工作原理及在信用卡電話付費系統等電話增值業務系統中的具體應用，但這不應被視為是對本發明範圍的限制。本發明方法同時還可適用於其它任何雙音頻信號數據傳輸系統。
權利要求
1．一種為雙音頻信號數據傳輸系統提供線路加密傳輸的方法，通過標準收號器(15)和音資源(16)對線路進行加密傳輸，其特徵在於包括以下步驟用戶通過用戶終端輸入重要數據前，所述音資源(16)提示用戶選擇加密傳輸；對用戶是否選擇加密傳輸進行確認，如用戶選擇加密傳輸，則對用戶終端(11)、用戶線(X)及2／4線轉換電路(14)所構成的用戶環境進行自適應訓練，找出最適合當前環境的加密碼組；開始線路加密傳輸時，所述音資源(16)向用戶線路上發送系統幹擾DTMF信號流，即所述最適合當前環境的加密碼組，同時標準收號器(15)接收並處理用戶輸入的重要數據；線路加密傳輸結束，進入正常的用戶業務處理；如用戶選擇不加密傳輸，則按普通流程接收並處理用戶數據。
2．如權利要求1所述的為雙音頻信號數據傳輸系統提供線路加密傳輸的方法，其特徵在於所述DTMF信號流由按鍵「0」-「9」的DTMF信號組成，DTMF信號流的號碼、電平及發送速度由均勻隨機分布函數產生。
3．如權利要求1所述的為雙音頻信號數據傳輸系統提供線路加密的方法，其特徵在於所述的自適應訓練方法包括以下步驟所述音資源(16)從高頻和低頻分別為(-7dBm，-9dBm)開始發出特定號碼的DTMF信號；由標準收號器(15)接收回輸號碼；如果標準收號器(15)能接收到回輸號碼，則所述的音資源(16)發出比上次發出功率低一級的功率組合的固定號碼的DTMF信號；重複上述步驟，直至標準收號器(15)收不到回輸號碼，記下此臨界功率組合，不大於此臨界功率組合的各組按鍵的DTMF信號即為最合適的加密碼組；若功率降至(-29dBm，-31dBm)時標準收號器(15)還能收到回輸號碼，則此用戶環境不適於作加密傳輸撥號，自適應訓練失敗。
4．如權利要求3所述的為雙音頻信號數據傳輸系統提供線路加密傳輸的方法，其特徵在於所述自適應訓練方法中選用的特定號碼為3。
5．一種實現如權利要求1所述方法的系統(101)，其特徵在於包括用於提示用戶是否選擇加密傳輸，及向用戶發送DTMF幹擾數據的音資源(16)用於接收並處理用戶輸入的數據，及在自適應訓練過程中接收回輸號碼的標準收號器(15)；用來協調所述標準收號器(15)與所述音資源(16)實現所述對線路的加密傳輸方法的軟體模塊(17)。
6．如權利要求5所述的系統(101)，其特徵在於，所述音資源(16)包括基本固定音與語音；與加密傳輸相關的錄音通知；高頻與低頻功率分別為(-7dBm，-9dBm)至(-29dBm，-31dBm)間隔取樣的標準用戶終端按鍵的DTMF信號。
7．如權利要求6所述的系統(101)，其特徵在於所述間隔取樣的標準用戶終端按鍵的DTMF信號為高頻與低頻功率分別為(-7dBm，-9dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-9dBm，-11dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-11dBm，-13dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-13dBm，-15dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-15dBm，-17dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-17dBm，-19dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-19dBm，-21dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-21dBm，-23dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-23dBm，-25dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-25dBm，-27dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-27dBm，-29dBm)，號碼為1、3、5、7、9的DTMF信號；高頻與低頻功率分別為(-29dBm，-31dBm)，號碼為2、3、4、6、8、0的DTMF信號。
8．如權利要求5所述的系統(101)，其特徵在於所述系統(101)可以內置於雙音頻信號數據傳輸系統中，也可以做成帶有開放接口的獨立的加密傳輸設備，並通過開放接口集成入雙音頻信號數據傳輸系統中以實現對線路的加密傳輸。
全文摘要
一種為雙音頻信號數據傳輸系統提供線路加密的方法和系統,系統由音資源、標準收號器和軟體模塊組成,當用戶通過終端撥號時,系統內的軟體模塊控制音資源向用戶線發送DTMF幹擾數據實現加密程序,加密方法中還引入了自適應訓練過程以減少幹擾信號的回輸,以免幹擾信號影響系統數據的接收,系統可以內置,也可以以獨立設備的形式通過開放接口集成入雙音頻信號數據傳輸系統中以實現對線路的加密。
文檔編號H04L9/00GK1283023SQ99117119
公開日2001年2月7日 申請日期1999年9月30日 優先權日1999年9月30日
發明者林立東, 樊榮虎, 谷布, 吳紅文 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司