專利名稱：一種用于對(duì)等計(jì)算機(jī)頂盒的視頻數(shù)據(jù)安全保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了一種用于P2P IPTV系統(tǒng)(基于對(duì)等計(jì)算技術(shù)的交互式網(wǎng)絡(luò)電視系 統(tǒng))的視頻數(shù)據(jù)安全保護(hù)的技術(shù)方法，解決了用戶端機(jī)頂盒通過P2P網(wǎng)路傳輸視頻數(shù)據(jù)的 安全性問題，屬于對(duì)等計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)安全交叉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，即P2P(Peer-to-Peer)網(wǎng)絡(luò)，可是使成千上萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)之間通過直接 交換，共享計(jì)算機(jī)資源和服務(wù)。在P2P網(wǎng)絡(luò)中，所有的計(jì)算機(jī)都處于對(duì)等的地位，即網(wǎng)絡(luò)中 的，每一臺(tái)計(jì)算機(jī)既能請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，又能為其他計(jì)算機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這種特性令P2P網(wǎng) 絡(luò)具有非常良好的可擴(kuò)展性，可以以較低成本完成資源的聚合和共享，也容許網(wǎng)絡(luò)中的計(jì) 算機(jī)在彼此數(shù)據(jù)的管理和資源共享上擁有較大的自治控制。傳統(tǒng)C/S(Client/Server)結(jié) 構(gòu)和B/S(Brower/Server)結(jié)構(gòu)依賴于服務(wù)器，不僅對(duì)服務(wù)器的處理能力和帶寬有很高要 求，而且存在單點(diǎn)失效問題，B卩如果服務(wù)器崩潰，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就無(wú)法繼續(xù)獲得服務(wù)。P2P網(wǎng)絡(luò)一
般來(lái)講不依賴專用服務(wù)器，它對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)的性能要求很低，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)健壯性高，能有 效解決單點(diǎn)失效問題。 P2P IPTV即基于對(duì)等計(jì)算技術(shù)的交互式網(wǎng)絡(luò)電視，是一種利用寬帶有線電視網(wǎng)，
集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、對(duì)等計(jì)算等多種技術(shù)于一體，向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種
交互式服務(wù)的嶄新技術(shù)。傳統(tǒng)的IPTV系統(tǒng)是基于C/S結(jié)構(gòu)，這使得整個(gè)網(wǎng)路中的資源向服
務(wù)器聚集，要適應(yīng)如今海量的多媒體數(shù)據(jù)和不斷增多的用戶群體，只有不斷提高服務(wù)器端
的帶寬、加強(qiáng)服務(wù)器的性能、增加服務(wù)器的數(shù)目，從而使運(yùn)營(yíng)商必須不斷增加人力和物力的
投入。P2P IPTV系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于，服務(wù)器和用戶端機(jī)頂盒的關(guān)系是對(duì)等的，利用P2P網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)
良特性，可以大大改善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的流量分布、減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)、克服服務(wù)器單點(diǎn)失效的問
題，從而減少服務(wù)器數(shù)量和維護(hù)成本，為運(yùn)營(yíng)商節(jié)省了大量的人力、物力。 加密技術(shù)是利用特殊的手段將重要的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閬y碼數(shù)據(jù)，以防止別人窺探
原始數(shù)據(jù)，在需要使用原始數(shù)據(jù)時(shí)，將亂碼數(shù)據(jù)用相同或不同的手段還原成原始數(shù)據(jù)。算
法和密鑰是加密技術(shù)的核心元素，從而加密技術(shù)被分為算法加密技術(shù)和密鑰加密技術(shù)。前
者是依靠加密算法的復(fù)雜性和隱蔽性來(lái)保證加密技術(shù)的安全性，而后者的加密算法是公開
的，其安全性取決于加密密鑰的隱蔽性。數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)是指發(fā)送方借助數(shù)學(xué)或其
他領(lǐng)域的技術(shù)，對(duì)一幅有意義的數(shù)字圖像作變換使之變成一幅雜亂無(wú)章的圖像再用于傳
輸。在圖像傳輸過程中，非法截獲者無(wú)法從雜亂無(wú)章的圖像中獲得原圖像信息，從而達(dá)到圖
像加密的目的。接收方經(jīng)去亂解密，可恢復(fù)原圖像。為了確保圖像的機(jī)密性，置亂過程中一
般引入密鑰。 P2P IPTV系統(tǒng)是利用P2P網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸多媒體數(shù)據(jù)的，于是出現(xiàn)了安全問題1、非 法用戶盜取P2P種子文件，從而加入P2P網(wǎng)絡(luò)，下載多媒體數(shù)據(jù)；2、合法用戶下載多媒體 數(shù)據(jù)后，非法拷貝給其他用戶或被其他用戶盜取。傳統(tǒng)的機(jī)頂盒系統(tǒng)是利用條件接收系統(tǒng) 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻數(shù)據(jù)的保護(hù)，條件接收系統(tǒng)利用不斷變換的控制字來(lái)對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)加擾，在用戶機(jī)頂盒進(jìn)行實(shí)時(shí)解擾、播放，并不保存視頻數(shù)據(jù)。P2P IPTV系統(tǒng)則下載并播放整 個(gè)視頻文件，播放完成后并不刪除視頻文件，而是供P2P網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他合法用戶下載。因此， 不斷變化控制字的實(shí)時(shí)加擾，無(wú)法適應(yīng)P2P IPTV系統(tǒng)。綜上可得，P2P IPTV系統(tǒng)目前暫無(wú) 適用的視頻數(shù)據(jù)安全保護(hù)方案，于是提出一套基于P2P IPTV的視頻數(shù)據(jù)安全保護(hù)方案顯得 十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出了一種用于對(duì)等計(jì)算機(jī)頂盒的視頻數(shù)據(jù)安全保護(hù) 方法，解決了P2P IPTV系統(tǒng)利用P2P網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻數(shù)據(jù)所面臨的安全問題。該方法在不改 變P2P IPTV系統(tǒng)的原有構(gòu)架的基礎(chǔ)上，對(duì)P2P IPTV系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)充，對(duì)加密算法以及密鑰 的生成、管理、傳輸和使用進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性、安全性、可擴(kuò)展性和實(shí)用性，具有很好 的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。 技術(shù)方案本發(fā)明的方法在P2P IPTV系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，引入了數(shù)字圖像置亂加密 技術(shù)、設(shè)計(jì)了單獨(dú)的密鑰服務(wù)器，其目的是對(duì)P2P IPTV系統(tǒng)中的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保護(hù)。
圖像置亂變換的定義定義2給定圖像A二 [a(i， j)]nXm，設(shè)變換T是{(x， y): 1《x《n，l《y《m，且x，y均為整數(shù))到自身的1-1映射，即將圖像A中位置(x，y)處 的元素變換到位置(x' ，y')處，得到圖像B，則稱變換T是圖像A的置亂變換，仍記為B =TA。從定義可以看出，構(gòu)造置亂變換就是構(gòu)造Kx，y) :l《x《n，l《y《m，且x，y均 為整數(shù)}到自身的1-1映射。 若C二TB二T(TA) = T2 (A)，則稱C為A迭代置亂兩次的圖像。以此類推，可以進(jìn) 行多次迭代置亂。 置亂變換應(yīng)該滿足以下兩個(gè)條件 (1)變換是離散點(diǎn)域Kx， y) :0《x， y《N-1}到自身的一一映射; (2)變換是離散點(diǎn)域Kx，y) :0《x，y《N-l}到自身的滿映射，即變換是可逆的。
這兩個(gè)條件是置亂變換可完成有效置亂的必要條件，即是說(shuō)只有一一對(duì)應(yīng)的，變換結(jié)果可
遍歷圖像所有像素點(diǎn)，而且反變換存在的置亂變換才是實(shí)際中有效可用的。 本方法將數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)應(yīng)用于視頻加密。圖像置亂加密技術(shù)是一種專門
針對(duì)圖像的加密技術(shù)，它不同于傳統(tǒng)的加密技術(shù)，它的加密的時(shí)間對(duì)待加密數(shù)據(jù)的規(guī)模依
賴性小。圖像置亂加密技術(shù)在處理大尺寸圖像時(shí)，對(duì)圖像進(jìn)行分區(qū)，然后以區(qū)域?yàn)閱挝贿M(jìn)行
置亂，使得該加密技術(shù)可以穩(wěn)定高速地加密大尺寸圖像。由于圖像置亂加密技術(shù)的快速穩(wěn)
定，非常適用于性能不高的用戶機(jī)頂盒。本方法的視頻加密不對(duì)編碼后的PES或復(fù)用后的
TS進(jìn)行加密，而是對(duì)原始視頻圖像序列中的每一幀圖像進(jìn)行數(shù)字圖像置亂加密，進(jìn)一步提
高了安全性。 本方法的還專門設(shè)置了密鑰服務(wù)器，用于密鑰的發(fā)放、管理，并對(duì)用戶的請(qǐng)求進(jìn)行 驗(yàn)證。密鑰不存儲(chǔ)在用戶機(jī)頂盒，而是播放時(shí)向密鑰服務(wù)器申請(qǐng)，從而提高了密鑰的隱蔽 性，消除密鑰由于保存在用戶機(jī)頂盒而帶來(lái)的安全隱患。其簡(jiǎn)單流程如下
步驟1密鑰生成器生成隨機(jī)密鑰，供加密算法使用； 步驟2根據(jù)步驟1生成的密鑰，對(duì)原始視頻圖像序列進(jìn)行逐幀的圖像置亂加密，得 到加密的視頻圖像序列；
步驟3編碼器利用視頻壓縮算法對(duì)步驟2的加密視頻圖像序列進(jìn)行編碼，形成視 頻打包基本流，并經(jīng)復(fù)用器與音頻打包基本流復(fù)用成傳輸流文件； 步驟4將步驟3的傳輸流文件發(fā)布到對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的媒體服務(wù)器，并將傳輸流文件 信息和對(duì)應(yīng)密鑰發(fā)送到密鑰服務(wù)器； 步驟5用戶機(jī)頂盒加入對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，下載步驟3的傳輸流文件； 步驟6用戶機(jī)頂盒播放步驟5下載的傳輸流文件時(shí)，先將用戶信息和傳輸流文件 中的媒體信息發(fā)送給密鑰服務(wù)器； 步驟7密鑰服務(wù)器對(duì)步驟6發(fā)送來(lái)的信息進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)驗(yàn)證通過時(shí)，就將包含對(duì)應(yīng) 密鑰的驗(yàn)證成功消息回送給用戶機(jī)頂盒，否則，返回驗(yàn)證失敗消息； 步驟8用戶機(jī)頂盒收到步驟7返回的驗(yàn)證消息，判斷是否驗(yàn)證成功如果失敗則推 出；如果成功，則從步驟7的驗(yàn)證消息中提取密鑰并存入內(nèi)存； 步驟9用戶機(jī)頂盒對(duì)步驟5的傳輸流文件進(jìn)行解復(fù)用得到視頻打包基本流，再對(duì) 視頻打包基本流進(jìn)行解碼得到加密的視頻圖像序列，并利用步驟8的密鑰對(duì)其進(jìn)行置亂解 密得到原始視頻圖像序列； 步驟10當(dāng)傳輸流文件播放完成或中途退出時(shí)，內(nèi)存中步驟8的密鑰隨即消失，下 次要播放此傳輸流文件時(shí)，要重新從密鑰服務(wù)器獲取密鑰。 本方法不對(duì)原有對(duì)等網(wǎng)路機(jī)頂盒系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行改變，適用于一般的對(duì)等網(wǎng)路機(jī)頂 盒系統(tǒng)。 有益效果本發(fā)明通過對(duì)P2P IPTV系統(tǒng)中的安全問題進(jìn)行分析，考慮到P2P IPTV
的系統(tǒng)構(gòu)架、視頻數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、用戶機(jī)頂盒性能等因素，提出了一種用于P2P IPTV系統(tǒng)的視
頻數(shù)據(jù)安全保護(hù)方法，并在用戶機(jī)頂盒采用DM6446芯片的P2P IPTV系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)原型系統(tǒng)。
技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是基于數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)的視頻加密；采用了專門的密鑰服務(wù)器管理密
鑰；密鑰并不保存在用戶機(jī)頂盒，而是每次播放時(shí)向密鑰服務(wù)器申請(qǐng)密鑰。本發(fā)明的安全性
高、性能好、對(duì)P2P IPTV系統(tǒng)的適應(yīng)性高且擁有良好的擴(kuò)展性，下面給出具體說(shuō)明 安全性高采用數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)，該加密技術(shù)安全性好、效率高，加密后的
圖像近似于白噪聲，難于破解。利用該技術(shù)對(duì)視頻的每一幀圖像進(jìn)行加密，然后再合成視頻
文件，可以極大的保護(hù)視頻文件的安全。采用獨(dú)立的密鑰服務(wù)器管理密鑰，密鑰不存儲(chǔ)在用
戶服務(wù)器，而是播放時(shí)向密鑰服務(wù)器申請(qǐng)，從而提高了密鑰的隱蔽性，并進(jìn)一步提高了安全性。 良好的性能由于P2P IPTV系統(tǒng)中用戶機(jī)頂盒的功能設(shè)計(jì)和成本考慮，現(xiàn)行的用 戶機(jī)頂盒性能有限，如果采用傳統(tǒng)的加密技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)量大的視頻進(jìn)行加密，那么用戶機(jī)頂 盒的解密時(shí)間將是用戶無(wú)法接受，并且根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)邊解密邊播放。而采用條件接收系統(tǒng) 中的加擾方法，安全性低，必須不斷的變換加擾控制字，不適用于P2P網(wǎng)絡(luò)。本方法采用了 穩(wěn)定高速的數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)，該加密技術(shù)的速度非?？欤诌m用于性能有限的用 戶機(jī)頂盒。由于數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分塊操作，對(duì)圖像的大小不敏感，不僅適 用于現(xiàn)在的視頻，也適用于以后的高清視頻。 對(duì)P2P IPTV系統(tǒng)的高適應(yīng)性本方法沒有改變P2P IPTV系統(tǒng)的原有構(gòu)架，而是對(duì) 原有構(gòu)架進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充，在發(fā)布服務(wù)器添加了密鑰生成器和置亂加密器，在用戶機(jī)頂盒 添加了置亂解密器，并添加了一個(gè)密鑰服務(wù)器，可應(yīng)用于一般的P2PIPTV系統(tǒng)。并且本方法
5對(duì)原有的視頻數(shù)據(jù)的編碼、復(fù)用、解復(fù)用、解碼的整個(gè)流程沒有變動(dòng)，而只在視頻圖像的層 面上進(jìn)行加密，適用性高。 良好的擴(kuò)展性由于本方法采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)模塊功能層次分明，因此 可以方便的添加新的功能，也可以很容易的升級(jí)現(xiàn)有的功能，所以該方法擁有良好的可擴(kuò)展性。


圖l是系統(tǒng)架構(gòu)圖；
圖2是加密流程圖；
圖3是驗(yàn)證流程圖；
圖4是解密流程圖。
具體實(shí)施例方式
—、體系結(jié)構(gòu) 本方案主要分為發(fā)布服務(wù)器、媒體服務(wù)器、密鑰服務(wù)器和用戶機(jī)頂盒四部分，具體 體系結(jié)構(gòu)如圖1。 發(fā)布服務(wù)器包含了置亂加密器、密鑰生成器、視頻編碼器、音頻編碼器和復(fù)用器。 原始的視頻可以看做是每秒25幀的圖像序列，即一秒種25幅圖像。置亂加密器是一種圖 像加密器，利用它一秒種對(duì)25幅圖像進(jìn)行加密。密鑰生成器生成用于置亂加密和解密的密 鑰。由于加密后的視頻圖像非常的大，無(wú)法進(jìn)行網(wǎng)路傳輸，所以要使用視頻編碼器，它利用 視頻圖像之間極大的關(guān)聯(lián)和冗余，對(duì)視頻圖像進(jìn)行壓縮，壓縮后形成打包后的基本流(PES， Program Elementary Stream)文件。原始音頻數(shù)據(jù)也很大，不適合在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，必需由音 頻編碼器進(jìn)行壓縮，形成PES文件。復(fù)用器將視頻PES文件和音頻PES文件進(jìn)行復(fù)用，并生 成適于網(wǎng)絡(luò)傳輸、抗丟包能力強(qiáng)的傳輸流(TS， Transport Stream)文件。
媒體服務(wù)器時(shí)用于存放發(fā)布服務(wù)器發(fā)布的TS文件，供P2P網(wǎng)絡(luò)中其他用戶機(jī)頂盒 下載。這里要說(shuō)明的是P2P網(wǎng)絡(luò)中的媒體服務(wù)器有很多臺(tái)，發(fā)布服務(wù)器要向每臺(tái)媒體服務(wù) 器上傳TS文件，并且這個(gè)過程也可通過P2P網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。 密鑰服務(wù)器主要包括了密鑰數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶數(shù)據(jù)庫(kù)和驗(yàn)證器。密鑰數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ) 發(fā)布服務(wù)器傳送的TS文件信息和對(duì)應(yīng)密鑰。用戶數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)用戶信息，包括用戶的識(shí) 別號(hào)、權(quán)限、身份信息等。驗(yàn)證器的作用是監(jiān)聽用戶機(jī)頂盒發(fā)送的用戶信息和媒體信息，并 查找用戶數(shù)據(jù)庫(kù)以對(duì)用戶身份和是否對(duì)該媒體文件享有訪問權(quán)限，當(dāng)驗(yàn)證通過時(shí)，驗(yàn)證器 會(huì)從密鑰數(shù)據(jù)庫(kù)中取出對(duì)應(yīng)的密鑰并發(fā)送給用戶機(jī)頂盒。 用戶機(jī)頂盒由解復(fù)用器、音頻解碼器、視頻解碼器和置亂解密器四大模塊組成。解 復(fù)用器的作用是將TS文件中的音頻和視頻分離。音頻解碼器將解復(fù)用器分離出來(lái)的音頻 PES解碼，還原成原始的音頻。視頻解碼器將分離出來(lái)的音頻PES解碼，還原成加密視頻圖 像。置亂解密器根據(jù)密鑰服務(wù)器傳送的密鑰，將解碼后的加密視頻圖像解碼，還原成原始的 視頻。 需要注意的是發(fā)布服務(wù)器、密鑰服務(wù)器和用戶機(jī)頂盒三部分之間的通信，全部由 算法復(fù)雜度高，安全性好的RSA加密算法進(jìn)行加密，以保證整個(gè)系統(tǒng)的
二、方法過程 發(fā)布服務(wù)器加密視頻數(shù)據(jù)、發(fā)布TS文件、向密鑰服務(wù)器傳輸TS文件信息和密鑰； 密鑰服務(wù)器保存密鑰，驗(yàn)證用戶請(qǐng)求，傳送密鑰；用戶機(jī)頂盒向密鑰服務(wù)器請(qǐng)求密鑰，通過 P2P網(wǎng)絡(luò)下載TS文件、解復(fù)用、解碼、解密并播放。整個(gè)方案可大體分為三個(gè)過程加密過 程、驗(yàn)證過程、解密過程。 加密過程主要是由發(fā)布服務(wù)器完成的，在原有的發(fā)布服務(wù)器中添加了密鑰生成器 和置亂加密器，整個(gè)加密過程如圖2。 密鑰生成器隨機(jī)的生成密鑰，原始的視頻圖像序列可來(lái)自攝像頭，也可由視頻文 件解碼獲得。原始的視頻圖像序列就相當(dāng)于一張張連續(xù)的圖像，置亂加密器利用密鑰對(duì)每 一張圖像進(jìn)行了置亂加密。置亂加密器的實(shí)現(xiàn)方法很多，如偽隨機(jī)序列置亂加密，混沌矩陣 置亂加密等，這些具體的置亂加密實(shí)現(xiàn)方法都可以自由設(shè)計(jì)算法的復(fù)雜度，以適用于用戶 機(jī)頂盒。置亂加密后，原始的視頻圖像將變成無(wú)法理解的亂像，以保護(hù)視頻圖像。由于每一 幀的視頻圖像得到了加密，整個(gè)視頻數(shù)據(jù)從內(nèi)容上得到了保護(hù)，無(wú)論如何傳輸復(fù)制視頻數(shù) 據(jù)，只要加密后視頻圖像序列沒有解密，整個(gè)視頻數(shù)據(jù)就是安全的。加密后的視頻圖像序列 由視頻編碼器進(jìn)行編碼，編碼器的實(shí)現(xiàn)方法也是可選的，如MPEG-2、 MPEG-4、 H. 264視頻壓 縮算法等，不同的壓縮算法壓縮比和效率各不同，這里選用了 MPEG-2視頻編碼。在發(fā)布服 務(wù)器中，視頻編碼器一般是由專用的數(shù)字圖像處理卡完成的，現(xiàn)在部分的顯卡也支持視頻 硬件編碼。加密后的視頻圖像序列經(jīng)視頻編碼器編碼后，形成數(shù)據(jù)規(guī)模相對(duì)小的打包基本 流PES。 音頻編碼器對(duì)輸入的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這里音頻編碼器的實(shí)現(xiàn)方式可選用MP2、 ACC或MP3等，這里選擇了MP2。音頻數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后形成音頻打包基本流PES。音頻編碼器 一般是由聲卡完成的。 —個(gè)打包基本流PES無(wú)法同時(shí)包含視頻和音頻，且PES抗丟包能力差，不適于網(wǎng)絡(luò) 傳輸，于是復(fù)用器就將音頻PES和視頻PES復(fù)用在一起，生成程序流PS或傳輸流TS。程序 流PS多用于VCD或DVD，而傳輸流TS普遍用于復(fù)雜環(huán)境，如網(wǎng)絡(luò)傳輸。傳輸流實(shí)際上是由 多個(gè)音視頻交替的包組成，每個(gè)包188字節(jié)，即使丟失了部分?jǐn)?shù)據(jù)，仍然可以恢復(fù)出原始視 頻。在形成傳輸流TS后，可以按流媒體方式發(fā)布出去，也可以將所有音視頻包保存成單個(gè) 文件，即傳輸流TS文件，這里將形成TS文件。 在形成TS文件之后，發(fā)布服務(wù)器會(huì)根據(jù)TS文件制作P2P種子文件，并向P2P網(wǎng)絡(luò) 發(fā)布TS文件，包括向EPG服務(wù)器發(fā)布種子和TS文件信息、向媒體服務(wù)器傳輸TS文件、更新 P2P網(wǎng)絡(luò)的Tracker服務(wù)器。然后發(fā)布服務(wù)器會(huì)將TS文件信息和對(duì)應(yīng)密鑰發(fā)送給密鑰服務(wù) 器。 驗(yàn)證過程是指用戶機(jī)頂盒和密鑰服務(wù)器之間的交互過程，如圖3。用戶機(jī)頂盒在播 放TS文件之前，先提取出TS文件中的媒體信息，如TS文件的編號(hào)、節(jié)目名稱等，并將媒體 信息和用戶信息加密發(fā)送給密鑰服務(wù)器以獲取密鑰。 密鑰服務(wù)器包括了密鑰數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶數(shù)據(jù)庫(kù)和驗(yàn)證器。在密鑰服務(wù)器接收到用戶 機(jī)頂盒發(fā)送來(lái)的消息后，驗(yàn)證器會(huì)從中提取出用戶信息，并在用戶數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行查找。如果 找不到對(duì)應(yīng)的信息，表明是非法用戶，發(fā)送驗(yàn)證失敗消息。如果找到對(duì)應(yīng)信息，表明是合法 用戶，于是驗(yàn)證器會(huì)繼續(xù)提取媒體信息，并根據(jù)用戶數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息判斷該合法用戶是否有訪問該媒體的權(quán)利。如果沒有，發(fā)送驗(yàn)證失敗消息，如果有權(quán)限，驗(yàn)證器就從密鑰數(shù)據(jù)庫(kù) 中取出相應(yīng)的密鑰，發(fā)送給用戶。驗(yàn)證失敗消息為32位的零，驗(yàn)證成功消息為288位，包括 高32位的一和低256位的密鑰。用戶可以根據(jù)需要自行修改驗(yàn)證消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
用戶機(jī)頂盒接收到服務(wù)器返回的驗(yàn)證消息后，先根據(jù)高32位判斷驗(yàn)證是否成功。 如果失敗，直接退出，如果成功，就提取出密鑰并進(jìn)入解密過程。整個(gè)驗(yàn)證過程中用戶機(jī)頂 盒和密鑰服務(wù)器的消息交互均由RSA加密算法加密，安全可靠。 解密過程主要描述用戶機(jī)頂盒在獲取到密鑰后，處理并播放TS文件的過程，其流 程如圖4。解密過程主要由用戶機(jī)頂盒完成，在原有用戶機(jī)頂盒模塊的基礎(chǔ)上，加入置亂解 密器。由于置亂加密是對(duì)原始圖像序列進(jìn)行加密，沒有影響視頻的編碼、復(fù)用過程，所有無(wú) 需改動(dòng)原有用戶機(jī)頂盒模塊，只需在解碼器解碼PES后，對(duì)生成的視頻圖像序列進(jìn)行解密 即可。用戶機(jī)頂盒通過EPG服務(wù)器下載節(jié)目信息和種子文件，進(jìn)而加入P2P網(wǎng)絡(luò)，下載TS文 件。在播放TS文件前，用戶機(jī)頂盒先獲取TS文件的媒體信息，并向密鑰服務(wù)器申請(qǐng)密鑰。
當(dāng)用戶機(jī)頂盒接收密鑰服務(wù)器傳來(lái)的密鑰后，先將密鑰保存在內(nèi)存中，然后開始 讀取TS文件的每一個(gè)包，對(duì)其進(jìn)行解復(fù)用，得到兩個(gè)PES。對(duì)PES的包頭進(jìn)行分析，以確認(rèn) 哪個(gè)是音頻PES，哪個(gè)是視頻PES。音頻PES直接送入音頻解碼器，通過解密，得到原始音頻 數(shù)據(jù)并寫入音頻設(shè)備的緩存。 視頻解碼器會(huì)分析視頻PES，以確認(rèn)用什么種類的解碼器對(duì)其進(jìn)行解碼，如 MPEG-2、 MPEG-4、 H. 264等。當(dāng)確定解碼器種類后，用戶機(jī)頂盒先用相應(yīng)的初始化函數(shù)初始 化DSP，然后將視頻PES送入DSP進(jìn)行解碼，得到置亂加密后的視頻圖像序列。這時(shí)，置亂解 密器根據(jù)密鑰，對(duì)每一幀圖像進(jìn)行解密，還原成原始圖像，得到原始的視頻圖像序列。最后 將這些圖像處理成YUV格式的圖像，寫入顯示設(shè)備的緩存。
權(quán)利要求
一種用于對(duì)等計(jì)算機(jī)頂盒的視頻數(shù)據(jù)安全保護(hù)方法，其特征在于對(duì)對(duì)等計(jì)算機(jī)頂盒系統(tǒng)中的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保護(hù)的整個(gè)方法過程如下步驟1密鑰生成器生成隨機(jī)密鑰，供加密算法使用；步驟2根據(jù)步驟1生成的密鑰，對(duì)原始視頻圖像序列進(jìn)行逐幀的圖像置亂加密，得到加密的視頻圖像序列；步驟3編碼器利用視頻壓縮算法對(duì)步驟2的加密視頻圖像序列進(jìn)行編碼，形成視頻打包基本流，并經(jīng)復(fù)用器與音頻打包基本流復(fù)用成傳輸流文件；步驟4將步驟3的傳輸流文件發(fā)布到對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的媒體服務(wù)器，并將傳輸流文件信息和對(duì)應(yīng)密鑰發(fā)送到密鑰服務(wù)器；步驟5用戶機(jī)頂盒加入對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，下載步驟3的傳輸流文件；步驟6用戶機(jī)頂盒播放步驟5下載的傳輸流文件時(shí)，先將用戶信息和傳輸流文件中的媒體信息發(fā)送給密鑰服務(wù)器；步驟7密鑰服務(wù)器對(duì)步驟6發(fā)送來(lái)的信息進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)驗(yàn)證通過時(shí)，就將包含對(duì)應(yīng)密鑰的驗(yàn)證成功消息回送給用戶機(jī)頂盒，否則，返回驗(yàn)證失敗消息；步驟8用戶機(jī)頂盒收到步驟7返回的驗(yàn)證消息，判斷是否驗(yàn)證成功如果失敗則推出；如果成功，則從步驟7的驗(yàn)證消息中提取密鑰并存入內(nèi)存；步驟9用戶機(jī)頂盒對(duì)步驟5的傳輸流文件進(jìn)行解復(fù)用得到視頻打包基本流，再對(duì)視頻打包基本流進(jìn)行解碼得到加密的視頻圖像序列，并利用步驟8的密鑰對(duì)其進(jìn)行置亂解密得到原始視頻圖像序列；步驟10當(dāng)傳輸流文件播放完成或中途退出時(shí)，內(nèi)存中步驟8的密鑰隨即消失，下次要播放此傳輸流文件時(shí)，要重新從密鑰服務(wù)器獲取密鑰。
全文摘要
一種用于對(duì)等計(jì)算機(jī)頂盒的視頻數(shù)據(jù)安全保護(hù)方法是一種用于P2P IPTV系統(tǒng)(基于對(duì)等計(jì)算技術(shù)的交互式網(wǎng)絡(luò)電視系統(tǒng))的視頻數(shù)據(jù)安全保護(hù)的技術(shù)方法，在P2P IPTV系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，引入了數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)、設(shè)計(jì)了單獨(dú)的密鑰服務(wù)器，其目的是對(duì)P2P IPTV系統(tǒng)中的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保護(hù)。解決了P2P IPTV系統(tǒng)利用P2P網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻數(shù)據(jù)所面臨的安全問題。該方法在不改變P2P IPTV系統(tǒng)的原有構(gòu)架的基礎(chǔ)上，對(duì)P2P IPTV系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)充，對(duì)加密算法以及密鑰的生成、管理、傳輸和使用進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性、安全性、可擴(kuò)展性和實(shí)用性，具有很好的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。
文檔編號(hào)H04N7/16GK101783925SQ20101013609
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者吳敏, 徐鶴, 支萌萌, 李致遠(yuǎn), 王汝傳, 邵星, 陳粒, 韓志杰 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)