一种基于超混沌序列的MPEG视频流信息加密方法。该加密方法将流加密技术和块加密技术相结合，对MPEG视频流的I帧和P帧进行加密；算法采用四维超混沌系统的初始值作为外部密钥，利用四维超混沌系统所产生超混沌序列，利用视频图像的AC系数产生内部密钥；分别对I帧的DC、AC系数进行异或操作，对I帧亮度信息以8×8块为单位进行位置置乱，对P帧中F宏块的运动矢量进行异或操作，充分扰乱原始视频信息。该加密方法的密钥空间巨大，抗暴力攻击能力强；由于加密过程嵌入在MPEG编码过程中，该加密算法具有很好的实时性；由于内部密钥的引入，该加密算法抗明文攻击能力显著增强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于信息安全
，涉及一种基于超混沌序列的视频流信息加密方法。
技术介绍
随着互联网技术的快速发展，基于流媒体传输的视频应用得到迅速发展，给人们的工作和生活带来了极大的便利，同时，也随之涌现出许多严重的信息安全问题，视频数据存储和传输的广泛性和便易性使其容易遭受破坏和攻击。数字电视、视频邮件、可视电话等视频流在网络环境中很容易遭受人为的攻击，例如信息泄漏、信息窃取、资源未授权侵用等，因而网络环境中视频流安全问题受到越来越多的关注，成为当前亟待解决的课题之一。近年来，出现了很多图像和视频的加密算法，然而很多算法在安全性或加密速度上存在缺陷。在视频流的选择性加密算法中，流密码加密得到非常广泛的研究。一个好的视频流加密方法应当具备以下特点：第一，具备足够的安全性，能够有效抵制各种攻击；第二，实时性强，保证视频流数据的加密速度。Shi和Bhargava通过异或一位密钥改变直流和交流系数的符号位或运动向量的符号位来对MPEG视频流进行加密。这种流密码加密方法虽然加密位数少、处理速度快，但是经不住已知明文攻击。攻击者若知道原文和密文，将两者相应的位进行异或就能轻松得到密钥。所以，只用流密码加密视频数据是不够的，需要增加替换或置乱等方法。此外，很多加密算法在安全性和加密速度上存在相互制约，不能实现实时性。超混沌系统具有初值敏感性和类随机性，具有两个或两个以上的Lyapunov指数，具有比混沌系统更为复杂的动力学特性，能为加密算法提供巨大的密钥空间和良好的安全性能，在信息安全领域具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术目的是解决现有加密算法在安全性和加密速度上存在相互制约，不能实现实时性的问题，提供一种基于超混沌序列的MPEG视频流加密方法，该方法在保证加密算法实时性的同时，具有很高的安全性能。本专利技术提供的基于超混沌序列的视频流信息加密方法的实现步骤如下：第1、利用MPEG的I、P、B帧结构特性，首先对I帧进行加密；对I帧信息进行DCT变换，如公式(1)，将DCT系数读入维数为8×8的矩阵A中，其中，A(0，0)为DC系数，其余系数为AC系数；F(u,v)=2NC(u)C(v)Σx=0N-1Σy=0N-1f(x,y)cos(2x+1)uπ2Ncos(2y+1)vπ2N---(1)]]>式中，当u＝v＝0时，当u，v不全为0时，C(u)＝C(v)＝1。第2、选择超混沌系统，并设定其初值x1(0)，x2(0)，x3(0)，x4(0)，采用四阶龙格-库塔法对超混沌系统进行迭代求解，在每次迭代过程中都会得到4个数据即为x1(i)，x2(i)，-->x3(i)，x4(i)，进而得到4个超混沌序列x1，x2，x3，x4，然后用公式(2)对4个序列进行数值处理，x′j(i)＝mod((round(|xj(i)|-floor|xj(i)|)×1014)，256) (2)式中，i＝1，2，3，…表示第i次迭代，j＝1，2，3，4，mod()为求余函数，round()为取整函数，floor()为向下取整函数；第3、由公式(3)计算m值，m∈[0，2]，由m值来决定选择哪一组用来加密；m＝mod(x′1(i)，3) (3) m 状态组合 0 {x′1(i)，x′2(i)，x′3(i)本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于超混沌序列的视频流信息加密方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：第１、利用ＭＰＥＧ的Ｉ、Ｐ、Ｂ帧结构特性，首先对Ｉ帧进行加密；对Ｉ帧信息进行ＤＣＴ变换，如公式（１），将ＤＣＴ的系数读入维数为８×８的矩阵Ａ中，其中，Ａ（０，０）为ＤＣ系数，其余系数为ＡＣ系数；（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｕ（／ｍｉ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）Ｃ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｕ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｃ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｕｎｄｅｒｏｖｅｒ）?（ｍｉ）＆Ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｕｎｄｅｒｏｖｅｒ）?（ｍｕｎｄｅｒｏｖｅｒ）?（ｍｉ）＆Ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｕｎｄｅｒｏｖｅｒ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｃｏｓ（／ｍｉ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｕ＆ｐｉ；（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）ｃｏｓ（／ｍｉ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｖ＆ｐｉ；（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）式中，当ｕ＝ｖ＝０时，当ｕ，ｖ不全为０时，Ｃ（ｕ）＝Ｃ（ｖ）＝１；第２、选择超混沌系统，并设定其初值ｘ１（０），ｘ２（０），ｘ３（０），ｘ４（０），采用四阶龙格－库塔法对超混沌系统进行迭代求解，在每次迭代过程中都会得到４个数据即为ｘ１（ｉ），ｘ２（ｉ），ｘ３（ｉ），ｘ４（ｉ），进而得到４个超混沌序列ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４，然后用公式（２）对４个序列进行数值处理，ｘ′ｊ（ｉ）＝ｍｏｄ（（ｒｏｕｎｄ（｜ｘｊ（ｉ）｜－ｆｌｏｏｒ｜ｘｊ（ｉ）｜）×１０１４），２５６） （２）式中，ｉ＝１，２，３，．．．表示第ｉ次迭代，ｊ＝１，２，３，４，ｍｏｄ（）为求余函数，ｒｏｕｎｄ（）为取整函数，ｆｌｏｏｒ（）为向下取整函数；第３、由公式（３）计算ｍ值，ｍ∈［０，２］，由ｍ值来决定选择哪一组用来加密；ｍ＝ｍｏｄ（ｘ′１（ｉ），３） （３）? ｍ? 状态组合? ０? ｛ｘ′１（ｉ），ｘ′２（ｉ），ｘ′３（ｉ）｝? １? ｛ｘ′１（ｉ），ｘ′２（ｉ），ｘ′４（ｉ）｝? ２? ｛ｘ′２（ｉ），ｘ′３（ｉ），ｘ′４（ｉ）｝若ｍ＝２，则选择｛ｘ′２（ｉ），ｘ′３（ｉ），ｘ′４（ｉ）｝用来加密，利用ｘ′２序列对Ｉ帧中ＤＣ系数序列进行异或加密操作，设Ｉ帧中ＤＣ系数序列为Ｌｄｃ，异或操作后ＤＣ系数序列为Ｌ′ｄｃ；利用ｘ′３对Ｙ平面空间进行以８×８像素块为单位的位置置乱，（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｌ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｃ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｌ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｃ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＆ＣｉｒｃｌｅＰｌｕｓ；（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）...
【技术特征摘要】
1.一种基于超混沌序列的视频流信息加密方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：第1、利用MPEG的I、P、B帧结构特性，首先对I帧进行加密；对I帧信息进行DCT变换，如公式(1)，将DCT的系数读入维数为8×8的矩阵A中，其中，A(0，0)为DC系数，其余系数为AC系数；F(u,v)=2NC(u)C(v)Σx=0N-1Σy=0N-1f(x,y)cos(2x+1)uπ2Ncos(2y+1)vπ2N---(1)]]>式中，当u＝v＝0时，当u，v不全为0时，C(u)＝C(v)＝1；第2、选择超混沌系统，并设定其初值x1(0)，x2(0)，x3(0)，x4(0)，采用四阶龙格-库塔法对超混沌系统进行迭代求解，在每次迭代过程中...
【专利技术属性】
技术研发人员：董恩增，陈在平，李海芬，李程程，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：12
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