流媒體加密及解密方法、加密及解密裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信及信息處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種流媒體加密及解密方 法、加密及解密裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和多媒體技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用，迫切要求能解決實(shí)時(shí) 傳送視頻、音頻、文字、圖片等媒體文件，于是流媒體應(yīng)運(yùn)而生。
[0003] 簡(jiǎn)單的說(shuō)，流媒體技術(shù)是指采用流式傳輸?shù)姆绞綄⒍嗝襟w信息（視頻、音頻、文 字、圖片等媒體文件）經(jīng)過(guò)特殊的壓縮方式分成一個(gè)個(gè)壓縮包，由流媒體服務(wù)器按照特定 的順序?qū)⑽募B續(xù)實(shí)時(shí)的發(fā)送出去，客戶端無(wú)需等整個(gè)文件全部下載完，可以邊接收數(shù)據(jù) 邊播放。流媒體技術(shù)廣泛的應(yīng)用于視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)電視、網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)、遠(yuǎn)程教育、電 子商務(wù)等領(lǐng)域?，F(xiàn)有的流媒體傳輸?shù)倪^(guò)程如圖1所示。
[0004] 為了提高流媒體傳輸安全性，通常在流媒體傳輸過(guò)程中進(jìn)行加密?，F(xiàn)有的流媒體 加密技術(shù)方案如下：
[0005] 方案1 :在視頻壓縮編碼過(guò)程中即圖1中的加密位置1對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。這 種方案的缺點(diǎn)是降低了數(shù)據(jù)的相關(guān)性（冗余度），而壓縮則需要利用數(shù)據(jù)的冗余度，所以這 種方法會(huì)降低數(shù)據(jù)的壓縮率。
[0006] 方案2 :在壓縮編碼之后分包時(shí)即圖1中的加密位置2對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。這 種方案的缺點(diǎn)是沒(méi)考慮分包的傳輸，當(dāng)傳輸過(guò)程出現(xiàn)丟包的情況時(shí)，則接收端相關(guān)的包數(shù) 據(jù)不能解碼。
[0007] 方案3 :采用分塊加密法，即將明文分成固定長(zhǎng)度的組，用同一秘鑰和算法分別對(duì) 每一組加密，輸出固定長(zhǎng)度的密文。其缺點(diǎn)在于該方法會(huì)使數(shù)據(jù)之間存在相關(guān)性，則解密時(shí) 就需要聯(lián)合所需要的數(shù)據(jù)位，一旦媒體數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)位錯(cuò)誤，則相關(guān)的數(shù)據(jù)位解 密也會(huì)出錯(cuò)。而突發(fā)性位錯(cuò)誤在無(wú)線環(huán)境下經(jīng)常出現(xiàn)，故此方案容錯(cuò)性較差。
[0008] 方案4 :采用流密碼加密方案。流密碼（stream cipher)也稱為序列密碼，每次 加密處理數(shù)據(jù)流的一位或一個(gè)字節(jié)，加解密使用相同的密鑰，是對(duì)稱密碼算法的一種。其原 理是生成與明文等長(zhǎng)的密碼本，又稱偽隨機(jī)序列，然后與明文進(jìn)行逐位或者逐字節(jié)的加密 操作。在實(shí)際使用流加密方法時(shí)，引入初始向量和散列算法能提高安全性。流密碼的加密 過(guò)程如圖2所示。
[0009] 該方案的缺點(diǎn)在于，相同的初始向量產(chǎn)生的密碼本源自于同一個(gè)偽隨機(jī)序列，一 旦獲取一個(gè)初始向量和"明文-密文對(duì)"，就能獲取擁有相同初始向量的密碼本，從而破解 明文信息。
[0010] 方案5 :采用置換加密。置換只不過(guò)是一個(gè)簡(jiǎn)單的換位，每個(gè)置換都可以用一個(gè)置 換矩陣Ek來(lái)表示。每個(gè)置換都有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的逆置換D k。該方法簡(jiǎn)單高效，但也容易根 據(jù)"明文-密文對(duì)"尋找規(guī)律，破解算法。
[0011] 方案6 :采用混沌加密算法?；煦缂用芩惴ㄊ墙陙?lái)出現(xiàn)的一種較新的加密算法， 是依靠混沌算法產(chǎn)生偽隨機(jī)的混沌序列作為密鑰進(jìn)行加密?；煦缦到y(tǒng)具有三個(gè)關(guān)鍵要素： 一是對(duì)初始條件的敏感依賴性；二是臨界水平，這里是非線性事件的發(fā)生點(diǎn)；三是分形維， 它表明有序和無(wú)序的統(tǒng)一?；煦缦到y(tǒng)經(jīng)常是自反饋系統(tǒng)，同一輸出會(huì)回去經(jīng)過(guò)變換再輸出， 循環(huán)往復(fù)，任何初始值的微小差別都會(huì)按指數(shù)放大，因此導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的不可長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。這就 注定了混沌加密算法具有如下缺陷：
[0012] 1.短周期響應(yīng)
[0013] 現(xiàn)有的混沌序列的對(duì)于所生成序列的周期性、偽隨機(jī)性、復(fù)雜性、互相關(guān)性等的估 計(jì)是建立在統(tǒng)計(jì)上，或是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試給出的，這難以保證其每個(gè)實(shí)現(xiàn)序列的周期足夠大， 復(fù)雜性足夠高，因而不能使人放心地采用它來(lái)加密。例如，在自治狀態(tài)下，輸入信號(hào)為零時(shí)， 加密器表現(xiàn)為有限周期響應(yīng)。不同初始狀態(tài)對(duì)應(yīng)于不同周期，其周期長(zhǎng)度可能很短，這一缺 點(diǎn)在某種程度上降低了混沌加密系統(tǒng)的保密性。
[0014] 2.有限精度效應(yīng)
[0015] 混沌序列的生成總是要用有限精度器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而混沌序列生成器可歸結(jié)為有 限自動(dòng)機(jī)來(lái)描述。這樣，混沌生成器能否超越已有的用有限自動(dòng)機(jī)和布爾邏輯所給出的大 量研宄成果，是一個(gè)很值得研宄的課題。大多數(shù)在有限精度下實(shí)現(xiàn)的混沌系統(tǒng)，其性質(zhì)會(huì)與 其理論結(jié)果大相徑庭，從而使許多基于混沌系統(tǒng)的無(wú)法實(shí)現(xiàn)。甚至有學(xué)者認(rèn)為，有限精度效 應(yīng)是混沌理論走向應(yīng)用中出現(xiàn)的一大難題。
[0016] 3.實(shí)現(xiàn)精度與保密性的矛盾
[0017] 對(duì)于分段線性的混沌映射加密系統(tǒng)，相鄰的兩個(gè)狀態(tài)可能落在同一條直線段上。 在數(shù)字實(shí)現(xiàn)精度很高的情況下，解密者就可利用這個(gè)特點(diǎn)，在知道少量的明文--密文對(duì)照 的情況下輕易地恢復(fù)出具有足夠精度的密鑰。也就是說(shuō)，它對(duì)于選擇明文攻擊抵抗力很差， 從而在這一意義上不具有保密性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有良好的保密性且不影響壓縮率的流媒體加 密及解密方法、加密及解密裝置。
[0019] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種流媒體加密方法，包括：
[0020] 獲取原始流媒體數(shù)據(jù)，對(duì)所述流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼并分包；
[0021] 對(duì)分包后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行置換加密；
[0022] 對(duì)置換加密后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行混沌加密；所述混沌加密中的混沌參數(shù)通過(guò)m序 列和置換加密雙層加密；
[0023] 對(duì)混沌加密后的流媒體數(shù)據(jù)重新進(jìn)行分包發(fā)送。
[0024] 優(yōu)選地，所述對(duì)置換加密后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行混沌加密；所述混沌加密中的混沌 參數(shù)通過(guò)m序列和置換加密雙層加密的步驟包括：
[0025] 通過(guò)m序列生成器生成m序列；
[0026] 對(duì)所述m序列進(jìn)行置換加密，得到置換加密后的m序列；
[0027] 通過(guò)Logistic混沌映射方式生成混沌密鑰，在生成混沌密鑰的迭代過(guò)程中，通過(guò) 所述置換加密后的m序列對(duì)所述混沌密鑰進(jìn)行加密，得到混沌參數(shù)；
[0028] 通過(guò)所述混沌參數(shù)對(duì)置換加密后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行混沌加密。
[0029] 優(yōu)選地，所述對(duì)分包后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行置換加密的步驟包括：
[0030] 對(duì)分包后的流媒體數(shù)據(jù)，通過(guò)密鑰變換，對(duì)每組數(shù)據(jù)產(chǎn)生不同的密鑰進(jìn)行加密。
[0031] 優(yōu)選地，所述置換加密的過(guò)程包括：
[0032] 確定明文長(zhǎng)度LS和密鑰長(zhǎng)度LK ;
[0033] 比較所述明文長(zhǎng)度LS和密鑰長(zhǎng)度LK的大?。?br>[0034] 若所述明文長(zhǎng)度LS大于密鑰長(zhǎng)度LK，則疊加密鑰使其長(zhǎng)度為L(zhǎng)S ;
[0035] 若所述明文長(zhǎng)度LS小于或等于密鑰長(zhǎng)度LK，則截取密鑰使其長(zhǎng)度為L(zhǎng)S ;
[0036] 判斷是否LS% (LK-I) = = 0 ;若是，則
[0037] 將明文及調(diào)整后的密鑰分割成LS/LK行LK-I列的矩陣；否則
[0038] 將明文及調(diào)整后的密鑰分割成LS/LK+1行LK-I列的矩陣；
[0039] 通過(guò)密鑰矩陣的每一行產(chǎn)生一個(gè)置換矩陣Ek，對(duì)明文對(duì)應(yīng)的行加密。
[0040] 本發(fā)明實(shí)施例還提出一種流媒體解密方法，包括：
[0041] 獲取加密后的流媒體數(shù)據(jù)，對(duì)所述加密后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行分包組合；
[0042] 對(duì)分包組合后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行混沌解密，所述混沌解密中的混沌參數(shù)通過(guò)m序 列和置換加密雙層加密；
[0043] 對(duì)混沌解密后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行置換解密；
[0044] 對(duì)置換解密后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)組裝；
[0045] 對(duì)組裝后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻解碼，得到原始流媒體數(shù)據(jù)。
[0046] 本發(fā)明實(shí)施例還提出一種流媒體加密裝置，包括：
[0047] 編碼分包模塊，用于獲取原始流媒體數(shù)據(jù)，對(duì)所述流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼并分 包；
[0048] 置換加密模塊，用于對(duì)分包后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行置換加密；
[0049] 混沌加密模塊，用于對(duì)置換加密后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行混沌加密；所述混沌加密中 的混沌參數(shù)通過(guò)m序列和置換加密雙層加密；
[0050] 分包發(fā)送模塊，用于對(duì)混沌加密后的流媒體數(shù)據(jù)重新進(jìn)行分包發(fā)送。
[0051] 優(yōu)選地，所述混沌加密模塊，還用于通過(guò)m序列生成器生成m序列；對(duì)所述m序列 進(jìn)行置換加密，得到置換加密后的m序列；通過(guò)Logistic混沌映射方式生成混沌密鑰，在生 成混沌密鑰的迭代過(guò)程中，通過(guò)所述置換加密后的m序列對(duì)所述混沌密鑰進(jìn)行加密，得到 混沌參數(shù)；通過(guò)所述混沌參數(shù)對(duì)置換加密后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行混沌加密。
[0052] 優(yōu)選地，所述置換加密模塊，還用于對(duì)分包后的流媒體數(shù)據(jù)，通過(guò)密鑰變換，對(duì)每 組數(shù)據(jù)產(chǎn)生不同的密鑰進(jìn)行加密。
[0053] 優(yōu)選地，所述置換加密模塊，還用于確定明文長(zhǎng)度LS和密鑰長(zhǎng)度LK ;比較所述明 文長(zhǎng)度LS和密鑰長(zhǎng)度LK的大?。蝗羲雒魑拈L(zhǎng)度LS大于密鑰長(zhǎng)度LK，則疊加密鑰使其長(zhǎng) 度為L(zhǎng)S ;若所述明文長(zhǎng)度LS小于或等于密鑰長(zhǎng)度LK，則截取密鑰使其長(zhǎng)度為L(zhǎng)S ;判斷是否 LS% (LK-I) ==0;若是，則將明文及調(diào)整后的密鑰分割成LS/LK行LK-I列的矩陣；否則 將明文及調(diào)整后的密鑰分割成LS/LK+1行LK-I列的矩陣；通過(guò)密鑰矩陣的每一行產(chǎn)生一個(gè) 置換矩陣E k，對(duì)明文對(duì)應(yīng)的行加密。
[0054] 本發(fā)明實(shí)施例還提出一種流媒體解密裝置，包括：
[0055] 分包組合模塊，用于獲取加密后的流媒體數(shù)據(jù)，對(duì)所述加密后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行 分包組合；
[0056] 混沌解密模塊，用于對(duì)分包組合后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行混沌解密，所述混沌解密中 的混沌參數(shù)通過(guò)m序列和置換加密雙層加密；
[0057] 置換解密模塊，用于對(duì)混沌解密后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行置換解密；
[0058] 數(shù)據(jù)組裝模塊，用于對(duì)置換解密后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)組裝；
[0059] 解碼模塊，用于對(duì)組裝后的流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻解碼，得到原始流媒體數(shù)據(jù)。
[0060] 本發(fā)明實(shí)施例提出的一種流媒體加密及解密方法、加密及解密裝置，針對(duì)混沌系 統(tǒng)的缺陷，結(jié)合m序列和置換加密來(lái)提高參數(shù)序列的抗破譯能力，克服流媒體加密的弱保 密性，且不影響流媒體的壓縮率。
【附圖說(shuō)明】
[0061] 圖1是現(xiàn)有的流媒體傳輸過(guò)程示意圖；
[0062] 圖2是現(xiàn)有的一種流密碼的加密過(guò)程示意圖；
[0063] 圖3是本發(fā)明流媒體加密方法較佳實(shí)施例的流程示意圖；
[0064] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中流媒體傳輸過(guò)程的具體流程示意圖；
[0065] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中Logistic混沌映射的兩種迭代結(jié)果分布狀態(tài)示意圖；
[0066] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中m序列發(fā)生