專利名稱：基于超混沌序列的視頻流信息加密方法
基于超混沌序列的視頻流信息加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于超混沌序列的視頻流信息加密方法。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，基于流媒體傳輸?shù)囊曨l應(yīng)用得到迅速發(fā)展，給人們的工作和生活帶來(lái)了極大的便利，同時(shí)，也隨之涌現(xiàn)出許多嚴(yán)重的信息安全問(wèn)題，視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)膹V泛性和便易性使其容易遭受破壞和攻擊。數(shù)字電視、視頻郵件、可視電話等視頻流在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中很容易遭受人為的攻擊，例如信息泄漏、信息竊取、資源未授權(quán)侵用等，因而網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中視頻流安全問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注，成為當(dāng)前亟待解決的課題之一。近年來(lái)，出現(xiàn)了很多圖像和視頻的加密算法，然而很多算法在安全性或加密速度上存在缺陷。在視頻流的選擇性加密算法中，流密碼加密得到非常廣泛的研究。一個(gè)好的視頻流加密方法應(yīng)當(dāng)具備以下特點(diǎn)第一，具備足夠的安全性，能夠有效抵制各種攻擊；第二，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，保證視頻流數(shù)據(jù)的加密速度。Shi和Miargava通過(guò)異或一位密鑰改變直流和交流系數(shù)的符號(hào)位或運(yùn)動(dòng)向量的符號(hào)位來(lái)對(duì)MPEG視頻流進(jìn)行加密。這種流密碼加密方法雖然加密位數(shù)少、處理速度快，但是經(jīng)不住已知明文攻擊。攻擊者若知道原文和密文，將兩者相應(yīng)的位進(jìn)行異或就能輕松得到密鑰。所以，只用流密碼加密視頻數(shù)據(jù)是不夠的，需要增加替換或置亂等方法。此外，很多加密算法在安全性和加密速度上存在相互制約，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性。超混沌系統(tǒng)具有初值敏感性和類隨機(jī)性，具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的Lyapimov指數(shù)， 具有比混沌系統(tǒng)更為復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性，能為加密算法提供巨大的密鑰空間和良好的安全性能，在信息安全領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有加密算法在安全性和加密速度上存在相互制約，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性的問(wèn)題，提供一種基于超混沌序列的MPEG視頻流加密方法，該方法在保證加密算法實(shí)時(shí)性的同時(shí)，具有很高的安全性能。本發(fā)明提供的基于超混沌序列的視頻流信息加密方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下第1、利用MPEG的I、P、B幀結(jié)構(gòu)特性，首先對(duì)I幀進(jìn)行加密；對(duì)I幀信息進(jìn)行DCT 變換，如公式⑴，將DCT系數(shù)讀入維數(shù)為8X8的矩陣A中，其中，A(0,0)為DC系數(shù)，其余系數(shù)為AC系數(shù)；
權(quán)利要求
1. 一種基于超混沌序列的視頻流信息加密方法，其特征在于該方法的具體步驟如下 第1、利用MPEG的I、P、B幀結(jié)構(gòu)特性，首先對(duì)I幀進(jìn)行加密；對(duì)I幀信息進(jìn)行DCT變換，如公式(1)，將DCT的系數(shù)讀入維數(shù)為8X8的矩陣A中，其中，A(0,0)為DC系數(shù)，其余系數(shù)為AC系數(shù)；F{u, ν) = -C(U)C(V)Y J] f(x, y) cosVcosV \(1)7Vx=o 產(chǎn)0ZlNZly式中，當(dāng)U = V = O時(shí)，C(M) = C(V) = + ;當(dāng)u，v 不全為0時(shí)，C(U) =C(V) = 1 ；第2、選擇超混沌系統(tǒng)，并設(shè)定其初值Xl(0)，&(0)，&(0)，&(0)，采用四階龍格-庫(kù)塔法對(duì)超混沌系統(tǒng)進(jìn)行迭代求解，在每次迭代過(guò)程中都會(huì)得到4個(gè)數(shù)據(jù)即為X1 (i)，x2(i)， X3(i)，，進(jìn)而得到4個(gè)超混沌序列Xl，x2, X3, X4，然后用公式⑵對(duì)4個(gè)序列進(jìn)行數(shù)值處理，χ' j (i) = mod((round(| Xj (i) | -floor | Xj (i) |) X IO14), 256)(2)式中，i = 1,2,3,...表示第i次迭代，j = 1,2,3,4, mod()為求余函數(shù)，round()為取整函數(shù)，floor()為向下取整函數(shù)；第3、由公式(3)計(jì)算m值，me W，2]，由m值來(lái)決定選擇哪一組用來(lái)加密； m = mod (χ' 1 ⑴，3)(3)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第2步所述的超混沌系統(tǒng)為四維的超混沌系統(tǒng)，其模型如下—Ct ^pC ) H- ^"4力今(8)—I 廠其中 X1, X2, X3, X4 是狀態(tài)變量，a, b，C，d 是參數(shù)，當(dāng) a = 35，b = 3，C = 12，d = 7，r = 0. 6時(shí)，系統(tǒng)是超混沌系統(tǒng)。
全文摘要
一種基于超混沌序列的MPEG視頻流信息加密方法。該加密方法將流加密技術(shù)和塊加密技術(shù)相結(jié)合，對(duì)MPEG視頻流的I幀和P幀進(jìn)行加密；算法采用四維超混沌系統(tǒng)的初始值作為外部密鑰，利用四維超混沌系統(tǒng)所產(chǎn)生超混沌序列，利用視頻圖像的AC系數(shù)產(chǎn)生內(nèi)部密鑰；分別對(duì)I幀的DC、AC系數(shù)進(jìn)行異或操作，對(duì)I幀亮度信息以8×8塊為單位進(jìn)行位置置亂，對(duì)P幀中F宏塊的運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行異或操作，充分?jǐn)_亂原始視頻信息。該加密方法的密鑰空間巨大，抗暴力攻擊能力強(qiáng)；由于加密過(guò)程嵌入在MPEG編碼過(guò)程中，該加密算法具有很好的實(shí)時(shí)性；由于內(nèi)部密鑰的引入，該加密算法抗明文攻擊能力顯著增強(qiáng)。
文檔編號(hào)H04L9/00GK102176759SQ201110038420
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者李海芬, 李程程, 董恩增, 陳在平 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)