月犬云盾 原宏杰加密

接 MP3音频加密方案（一）

二、性能分析。

1.抗攻击能力。

上述算法选择部分帧和部分参数加密，并给出以下定义和定理。

定义l是由X和y组成的明文数据C=XY(X和y的组合顺序是任意的)。如果只加密Y部分，即加密后的密文数据为E=XZ，则称为部分加密。

一些加密方法通常用于部分或选择性地加密压缩数据。加密敏感数据，这些数据的微小变化可能导致解码结果完全不可理解；加密安全要求范围内的数据是保护对象，如音频的某些帧数据、图像的某个区域、视频的某个时间段的图像等，以尽可能小的加密数据量获得所需的加密安全。

在定理1部分加密方法(XY-÷XZ)中，当加密数据Y和未加密数据X相互独立，即不相关时，部分加密方法具有最高的已知密文攻击难度，为(H(YKIZ)。

证明:根据定义l，明文数据为C=XY，即明文是两部分数据的组合，只加密Y数据，从而获得E=XZ的密文数据，其中Z是Y加密的结果。根据Shannon对密码安全性的定义，已知密文攻击过程的难度为V(CKIE)。



其中，H（AIB）表示A的8条件熵，即A在8已知情况下的不确定性：I（A；BIC）表示C条件下A和日的共熵，即C条件下A和8的共信息量。可以看出，当X和Y在明文中独立时，即（Y；XI引=0时，攻击难度最大值（YKTZ）。因此；在某些加密方法中，加密数据应与未加密数据独立，以确保理论上的最大攻击难度。

MPEG音频编码产生的音频代码流由相互独立的数据帧组成，每个帧之间的数据相互独立。也就是说，每个帧都包含了解码所需的所有必要的信息，不同帧之间的信息不能相互推出。对于MP3，霍夫曼编码无法计算编码过程中可知的比例因素。可以看出，在这种加密方案中，选择加密和保持不变的数据之间没有相关性，因此它有最大的已知密文攻击难度。

2.感知安全。

用这种方法在街上添加各种音频（乐器、演讲、歌曲等）。加密后的音频噪音是不可理解的。以混沌流密码加密所有帧中的比例因子数据为例，在图3中给出音频片段Spf51加密前后的明文信号。对比图中密文信号的部分波形（对应音频数据的5000-7000帧）加密了比例疏远参数，可以大大改变音频数据的幅度，使音频质量急剧下降。图4显示了连续20帧测试的三个音频片段Spf51、Ssfr、Fre107密文信号和明文信号的峰值信噪比，变化范围大致为（-2dB.23dB）。从图中可以看出，音频数据变化较大，密文的可感性很低。该方法具有良好的音频信息加密效果。



事实上，在这个时候，如果你选择更多的霍夫曼代码数据来加密流密码，你可以进一步加强加密效果，当然，结果是增加时间成本。因此，在实际应用中，可以在问题和性能之间做出妥协。

3.密钥安全。

由于多密钥分配方案采用Logisc混沌映射，具有较高的初始敏感性。在这里，我们测试了密钥的安全性，如图5所示，在用户密钥发生微小变化时，给出了解密同一音频密文的效果图。其中，图5(a)是使用正确用户密钥Key=0.123的正确解密效果；图5(b)是使用错误用户密钥Key=0.124时的解密效果。可见，虽然密钥只差0.001，但解密效果完全不同，说明这种多密钥分配方案安全性高。



4.加密解密速度。

用这种方法对各种音频进行加密，编译/解码过程仍然保持较高的速度。以Bass、Popm.Inst、Horn.Spff、Spmg为例，测试加/解密速度，其中加/解密速度采用加/解密过程占编/解码过程时间比例的

Tr(Timeratio)来衡量，定义为:



实验中使用的计算机配置为1.OGHzCPU，256MBRAM。上述六个音频片段的测试结果如表3所示。可见，加/解密过程占编/解码过程的时间比例为/(不超过3%)，说明加密算法计算复杂度低，速度高，符合实时要求。



霍夫曼编码的小知识。

霍夫曼编码(Huffmancoding)是一种编码方法，是一种用于无损数据压缩的熵编码算法。又称哈夫曼编码、赫夫曼编码。