[发明专利]基于混沌与超混沌的两层次视频流媒体加密方法

说明书

【技术领域】：

本发明属于信息安全技术和网络通信技术领域，涉及对网络中实时传输的视频流媒体进行加密的算法，为网络视频信息安全保密传输和相关知识产权保护提供安全有效的加密解决方案。

【背景技术】：

当今社会是高度信息化的社会，信息安全问题对国民经济、社会发展和人民生活显得愈发重要。在信息安全问题中，网络多媒体的保密技术占有非常重要的地位。随着计算机技术、网络技术和多媒体技术的快速发展和广泛应用，为人们获取和交流信息提供了极大的方便，同时也蕴涵着巨大的商业利益。如何保护多媒体信息的安全成为国际研究热点。

随着计算机网络技术及硬件设备的飞速发展，网络视频流媒体也日渐流行，如我们常见的在线视频服务网站、保密视频会议、付费电视、网上电影以及专门的商业或军事视频传输系统等。计算机技术，网络通信技术以及多媒体技术的相互渗透，相互促进，已使得网络流媒体技术的发展，达到了从量变到质变的关键时刻。网络传递的信息科技越来越高，从简单的文字信息发展到目前的文字，图像，声音，视频，动画等几乎所有种类的信息。网络带宽的不断提升，数据传输编码技术和用于发布媒体的服务器技术的不断发展，都在用以满足网络流媒体数据的传输技术要求。但由于互联网的开放性，共享性，动态性等特点使得网络信息的安全受到了严重的威胁和干扰，存在着非法攻击、篡改、下载和盗版等安全问题。因此，网络信息安全尤其是多媒体数据的保密性问题成为关系到经济发展和社会安全的重大问题，引起人们的高度重视。由于视频数据的复杂特点，视频文件的实时性要求高，加上视频的数据量极为庞大，传统的基于代数密码理论体系设计的针对文本文件的加密算法已不适用于视频加密。因此需要采用新的理论和工具去设计可应用于流媒体的信息加密系统。

“混沌”被公认为是上世纪最重要的科学发现之一。作为一门具有广阔应用前景的前沿交叉学科，已经在工程技术和电子商务的许多实际领域中被成功应用，并在生物与医学工程、力学工程、电子工程、化学工程、信息工程、计算机工程、激光技术、应用物理等许多领域有着巨大的应用潜力。目前混沌理论最活跃的应用领域是通信领域，涉及数据的保密通信与同步，图像加密、数字水印隐藏、流媒体加密等多个方面。由于混沌系统的一些固有特征，如混沌序列的复杂随机性、难以分析和预测性、对初值的极度敏感性，因此非常适用于信息的加密。但是目前存在的混沌加密算法和系统主要存在以下问题：

(1)已有的多数混沌加密算法是针对图像、水印等静态对象设计的，不适用于对流媒体信息的在线加密。

(2)已有的混沌视频加密算法多采用选择性加密算法，其核心思想就是只加密部分数据信息。将视频流信息处理后，选取一些重要部分信息进行加密，虽然保障了实时性，但是此类选择性加密算法从安全性角度上有很多缺陷，易于被攻击和破译。

(3)混沌加密算法的设计多是基于简单的混沌系统，而简单的混沌系统较易于被成熟的非线性数据处理技术破译。

针对以上问题，需要基于混沌理论，提出针对多媒体视频流数据加密的、新的加密算法，基于新算法建立的视频加密系统应用于媒体视频传输，不仅要具有很好的传输性能，如实时性、压缩比和图像传输质量，而且要具有很高的安全性。通常的选择性加密算法只加密部分信息，防御措施较为薄弱，不足以抵挡住恶意攻击者的攻击，因此需要建立多个层次的加密措施。混沌加密算法只采用简单的混沌，于是需要更为复杂的混沌系统-超混沌。超混沌系统产生的复杂时间序列极大地提高了加密质量，非常难以破译。因此将超混沌理论应用于信息加密具有重要的应用前景。

【发明内容】：

本发明目的是克服现有技术存在的上述问题，提供具有创新性的基于混沌与超混沌的两层次视频流媒体加密方法，为实现视频流媒体的安全性传输加密系统提供可行的解决方案。

本发明提供的基于混沌与超混沌的两层次视频流媒体加密方法，其主要内容包括：

第1、基于混沌与超混沌的两层次视频流数据加密方案的结构

提出基于混沌与超混沌的两层次的视频流数据加密方案的结构，该加密系统的设计与网络传输下的视频压缩标准H.263相结合，采用逐字节处理模式处理编码后的H.263流，第一层次是在视频压缩过程中对视频流数据进行基于混沌映射的选择性流加密；视频压缩后，对压缩后的视频流数据进行第二层次加密，即对视频流数据进行块置乱和数据混淆，其中块置乱采用二维离散Baker映射，然后对置乱后的数据采用超混沌系统进行数据混淆；

第2、基于混沌映射的第一层次的视频流数据加密方案