類比混音加密器的統計型解密技術的探討

Abstract

語 音 是 人 類 溝 通 最 直接 的 媒 介 ，但 是 由 於 電 話 線 路 容 易 遭 人 竊 聽 ，使 得 通 訊 內 容 的 隱 私 與 安 全 性 面 臨 嚴 重 威 脅 。因應安全的需求，保密學者發展語音保密技術 ，期望 將明語 施以 適當的處理 產生 糢糊難懂的密語 ，以 防止非授權人士竊 聽談話內容 。相對地，解密學者的研究 興趣，則在於設法解讀保密處理 後產生的密語。在本篇論文中，我們提出一種 MLE (maximization likelihood estimation) 解密技術，針對現今最具代表性的 FFT 混音保 密器 ，進行有 效率 且快速的破解 。首先我們將 時變的語音頻譜 視 為一種 隨機變數，同時建立其相關的 統計模型。然後將 FFT 混音保密 器的置換金匙 隱藏於一連續性金匙空間 ，再於 此 連續性金匙空間中 推導一種相似函數 ，以 描述密語頻譜 變化的機率分佈。而MLE 的破解 過程 就在於增大相似函數值，求出置換金匙的 最大相似預估值 ，進而 達到破解的目的。另外， 我們也提出一種改良型的相似函數增大技術 ， 以 加速破解的 時效。經實驗 証實 ，我們提出的 MLE 解密技術 能兼 具 相當高的破解成效與快速的處理時效。 Extensive cryptanalytic attacks necessitate the development of speech security devices. Most commercially available analog speech scrambling systems are based on random permutation of spectral components. The destruction of pitch and formant structures results in the low residual intelligibility of scrambled speech ( ciphertext ) . On the other hand , the scrambling devices must also be secure from cryptanalytic attack . Coventional cryptanalysis techniques employ exhaustive search over the entirely discrete keyspace for the correct permutation key . To save its time-consuming cryptanalysis process , we propose an automated cryptanalysis approach based on statiistical estimation theory . First , we interpret the spectrum of ciphertext as a random variable with its probability distribution parameterized by the unknown permutation key . Under the imbedding continuous keyspace , a ciphertext only attack can then be mounted by maximizing the likelihood function between the ciphertext spectrum and the permuted template spectrum . Finally ,the maximum likelihood estimated permutation matrix will be inversely processed to descramble the ciphertext . Furthermore , we propose an efficient likelihood maximization technique to accelerate the cryptanalysis process . Simulation results indicate that the proposed statistical cryptanalysis is efficient as well as effective .