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学号G2010125004姓名彭飞1研究意义自互联网问世以来，资源共享和信息安全一直是一对矛盾，随着计算机网络资源共享的进一步加强，信息安全问题也日益突出，经常不可避免的受到病毒、黑客、恶意软件等的安全威胁和攻击，造成数据丢失、系统被攻击、网络瘫痪等严重后果。当前很多高校的校园网络都还不完善，所以安全问题也很多，通过先进技术建立起网络安全系统，可以从根本上解决来自网络内外部对网络安全造成的各种威胁，以最优秀的网络安全整体解决方案为基础形成一个更加完善的教学和管理自动化系统。中国戏曲学院作为中国戏曲教育的最高学府，拥有大量戏曲教育视频资源，包括视频教程，各地方剧种视频收藏，各传统剧目视频收藏，还有我校师生各种汇报演出等等珍贵的视频。视频已经成为信息传输的重要形式，因此视频安全越来越受到人们的重视。由于视频信息由固定的格式、海量数据特点和播放或传输实时性要求，传统的数据加密算法直接应用于多媒体数据，很难满足实时性要求，而且还会改变数据格式等，采用通用的数据加密方法遇到了很大困难，这就要求对多媒体数据采用特殊的加密算法。2研究现状现在病毒和黑客软件通过多种方式，多种途径攻击和破坏网络，现在网络安全仅仅靠防火墙保护已经远远不够，需要应用多种网络安全技术才能是我们的校园网更加安全稳定的运行。现有的网络安全技术主要有：防火墙技术，加密技术，认证技术，入侵检测技术，虚拟专用网络。其中加密技术是网络安全的核心和关键技术。视频具有数据量大、实时性高、通信连续、码率可控等特点，因此传统的针对数据的高强度编码（DES、AES）不适合于视频数据的加密。目前出现了专门针对视频数据的加密算法，可分为两大类，完全加密算法和选择加密算法。同时，近年来有越来越多的研究者将混沌序列纳入加密算法的设计中，由于混沌序列具有容易产生，对初值敏感以及类似于白噪声等特点[17-19]。因此，如果把混沌序列和选择性加密算法结合起来，利用混沌序列来对视频流数据进行加密，将会获得很好的安全性。1研究内容本文着重研究了视频图像压缩编码和密码学相结合的视频图像加密技术。通过对视频编码系统以及密码学的相关领域的研究，对视频系统的安全保密性进行了深入的探讨，同时基于视频压缩编码的各种加密算法性能进行了比较充分的阐述。比较以往的视频加密算法的优缺点并针对H.264视频序列帧间存在较强的相关性，提出将混沌序列纳入加密算法的设计中。综合上述项目背景，本课题将从以下几个方面研究：1）研究了视频数据的加密要求，如安全性、压缩比、实时性、计算复杂度、数据可操作性等等。对比直接加密法和选择加密法在这几条要求上表现出的性能，比较两种加密方法在视频加密中的优缺点。2）研究密码学基础知识，包括算法和密钥的分析。并研究了视频编码标准H.264的框架和可加密模块。通过模块实际数据特点采用合适的加密算法。3）研究了混沌理论的基本概念，混沌系统的特征和含义，以及混沌现象应用在信息加密中优点。同时研究了双密钥加密方案，密钥一用于加密帧内预测模式和变换、量化块中系数的密钥。密钥二用于对P、B帧中运动预测得到的运动矢量进行加密。4）研究了logistic映射的混沌特性，并由logistic映射生成混沌序列，针对H.264视频编码特点，研究了根据logistic映射应用于视频加密的解决方案。2研究目标本课题期望达到的研究目标包括：1）对近年来出现的视频加密算法进行分类，对这些加密算法进行性能分析，对比这些算法的优缺点，找出适合H.264视频编码的加密算法。2）根据H.264视频压缩编码的特点，试图利用混沌映射产生的伪随机序列生成两种编码序列，将视频流分组进行加密。3）把加密算法结合在视频压缩过程中，处理视频序列，设计视频加密系统。4）为保证解密和解码同步，力求找到一种密钥分配方案来增强加密算法的容错性。基于JM12.4平台实现，并对结果进行性能分析。3拟解决的关键问题H.264编码标准的整体框架（如图1所示），定义了两层：视频编码层（VCL：VideoCodingLayer）负责高效的视频内容表示，网络提取层（NAL：NetworkAbstractionLayer）负责以网络所要求的恰当的方式对数据进行打包和传送。1）生成混沌序列是基于混沌块密码加密算法的必要条件，因此如何由动力系统logistic映射生成混沌序列是一个要解决的关键问题。2）安全性能是加密算法最关注的问题，传统选择性加密算法中只对部分数据进行加密，保持某些格式信息部不变，仅仅对I帧加密不够安全，必须对视频序列的帧内宏块以及运动矢量同时做加密才能够获得较好的安全性，如何将混沌序列和选择性加密算法结合起来，得到更安全的视频流数据，也是本文要讨论的。3）数据格式不同程度的保持取决于不同算法的性质，而选择性加密算法中，选择不同的模块进行加密，其数据的可操作性不同，如何选择加密模块并保持较高的数据可操作性，如保持图像帧定位、图像数据的剪切和增删以及编码数据的码率控制能等等。4）使用具有压缩比不变性的算法加密过的数据，在存储过程中不改变占用的空间，在传输过程中保持传输速度不变。理想的视频加密算法应该具有压缩比不变形。本文采取的研究方案如下：1利用logistic映射产生的伪随机序列生成密码序列，对块矩阵像素的数值进行改变。产生的伪随机序列，对01二进制串进行漂移的加密。算法中引入了混沌加密思想，利用混沌映射产生的伪随机序列构造出加密所需的两种密码序列，增强了算法的安全性。2在H.264视频编码中，视频流先分割成图像序列，图像序列再分成帧，赈灾分割成包含一定数量宏块的片。视频流中的错误通常会破坏流密码的同步。使得使用流密码进行单密钥加密不太现实。本文使用多密钥分块加密视频流。3人眼对亮度信息较色度信息更加敏感，而且压缩后文件中亮度、色度信息分开保存，考虑到图像回复是可以忽略色度信息而仅使用亮度信息进行恢复，此时对图像中色度信息的加密将完全失去作用，所以本文中的方法仅对亮度信息进行加密处理，减少了需要加密的数据量。2011年4月：阅读资料，充分了解当前校园网面临的安全威胁，常见的安全管理方法及其不足，并掌握维持校园网安全稳定的常用关键技术等等。2011年5-6月：学习H.264编码标准基本原理，了解其基本框架和特性，编码数据格式，帧内预测和帧间预测，变换与量化，以及SP/SI帧等关键技术。2011年7-9月：研究视频加密系统，了解密码学信息论基础，充分学习视频加密算法原理，比较不同类别算法，对其进行加密的性能分析。2011年10月：了解混沌理论基本概念，了解混沌现象的特性，理解混沌现象在信息加密中的优势，并把这些优势应用到课题中。2011年11-12月：设计视频加密系统，提出视频加密算法。2012年1-4月：根据视频加密的要求，完成和实现视频加密系统。2012年5月：对系统进行最后的调试和修改。2012年6月：结题，撰写论文，准备答辩。1工作基础在知识能力方面：入学以来，学习过密码编码学与网络安全，并对其产生浓厚兴趣。初步了解密码学基础，有一定设计编码算法的能力，并具有相应的网络安全知识。2工作条件实验室提供了本课题所需的实验条件：我校校园网络系统为我了解网络安全知识提供条件。Windows系统PC机，利用H.264参考软件JM12.4来实现上面的加密算法。1蔡立军.计算机网络安全技术.中国水利出版社.20042中国教育和科研计算机网.卢津榕，冯宝坤等.解读黑客—黑客是怎样炼成的.希望出版社.20014赵君梅.校园网络安全方案的设计.重庆大学硕士学位论文.20095沈兰荪，卓力，田栋，汪孔桥.视频编码与低速率传输.电子工业出版社.20016张千里，陈光英网络安全新技术人民邮电出版社.2003……………………谢谢！！