摘要：本文提出了一种基于混沌密钥的VEA加密算法设计，即通过Logistic混沌系统方程，产生加密的二进制密钥流序列，与图象DCT转换后的DCT系数进行加密，得到加密图象。通过使用混沌密钥进行加密的视频数据，具有安全性高、抵抗攻击能力强等特点。
关键词：图象处理；混沌密钥；VEA加密；Logistic混沌系统方程
中图分类号：TP37 文献标识码：A
A VEA encryption algorithm design based on chaos key
LIANGYuan1 LIJianPing1 GUOKe2 ZHONGShouMing3
(1.School of Computer Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China Chengdu, 610054)
(2.College of Information Management, ChengDu University of Technology ChengDu 610059)
(3.School of Mathematical sciences, University of Electronic Science and Technology of China Chengdu, 610054)
Abstract: A VEA encryption algorithm design based on chaos key was proposed in this paper, namely got the encryption binary key stream through the Logistic chaos system equation, and encrypted the DCT coefficients which were transformed from the image DCT, then obtained the encryption image. The video data encrypted by the chaos key has the characteristics of high security, strong attack-resistance and so on.
Key words: Image Processing chaos encryption VEA Logistic chaotic system equations
0 引言
Internet的出现是人类历史中一次重大的变革，它改变了我们生活和工作的传统模式，打破了时间、地域的限制，使人类社会进入了信息时代。随着多媒体技术、特别是网络通信技术的飞速发展和普及，人们通过网络交流各种信息, 进行电子商务等. 因此, 信息的安全与保密显得越来越重要。对于多媒体信息, 尤其是图像和声音信息, 传统的加密技术将其作为普通数据流进行加密, 没有考虑多媒体数据的特点, 因此有一定的局限性。
VEA视频加密算法,根据MPEG视频流的结构, 对某些特定帧进行加密, 即为选择性加密算法,它对MPEG视频压缩中全部的DCT系数的标志比特进行加密。 VEA视频加密算法，一般只有简单的加密密钥，和通过简单的异或运算，虽然加密速度快，但安全性却不高。VEA视频加密算法[1]的安全性主要取决于密钥系统的安全性，密钥系统的安全性高低，决定了加密算法抵抗已知明文攻击能力的强弱。因此，密钥系统的安全性变得尤为重要。
针对VEA视频加密算法,本文提出了一种基于混沌密钥的VEA加密算法设计，即通过Logistic混沌系统方程[2][3][4][5][6][7][8]，产生加密的二进制密钥流序列，与图象DCT转换后的DCT系数进行加密，得到加密图象。通过使用混沌密钥进行加密的视频数据，具有安全性高、抵抗攻击能力强等特点。
1 MPEG2视频编码原理
MPEG2视频的采样结构是由图像组（GOP）序列组成，每个GOP由一系列I、P和B图像帧组成。I 帧进行帧内编码，不依赖于其它帧，P 帧是通过前一个I 帧或P 帧进行预测编码，B 帧是通过前面或后面相邻的I帧或P帧进行双向预测编码。其中，每一帧又被分为许多16×16点阵的宏块，I 帧中的宏块采用空间域编码方法，P 帧和B 帧中的宏块根据相应的索引帧进行时间域互操作，即编码当前值和索引值之间的差值。不管帧的类型如何，每一宏块又被分为编码的4个8×8亮度块和2个8×8的色度块。每一个Y , Cb 和C r 块都要进行D CT (离散余弦变换)、量化和熵编码。而I 帧中的宏块的DC系数和B 帧、P 帧中的运动向量都要进行差分编码，最后通过熵编码，进一步压缩数据，得到压缩数据。如图1：
2.1 混沌密钥的VEA加密算法原理
由于MPEG2视频结构的特性, MPEG2采用了3种帧, I 帧、P 帧和B 帧,每一帧又被分为许多16×16点阵的宏块，每一宏块又被分为编码的4个8×8亮度块和2个8×8的色度块。每个8×8Y , Cb 和Cr 块各自分别进行DCT变换、量化,得到DC系数和AC系数的符号标志位si(i=1,2,...); 通过Logistic混沌系统方程生成的二进制序列密钥K,使用VEA 的加密公式Ek , 其表达式为:Ek (S ) =…(b1⊕s1)…(bm⊕sm )…(b1⊕sm + 1)…(bm⊕s2m )…，得到加密后的数据流S,。相对于原有的DCT 系数的标志位，标志比特要么不能改变(如果密钥中相应的比特为0),要么从正数变为负数(0-1),要么从负数变为正数(1-0)。对于拥有密钥的接受方, 可以通过解密得到原始的视频数据。由于Ek (Ek(S))= S,VEA 的解密过程E - 1k 与其加密过程完全相同。
2.3 混沌密钥的VEA加密算法设计
4 结束语
本文提出了一种基于混沌密钥的VEA加密算法设计，即通过Logistic混沌系统方程，产生加密的二进制密钥流序列，与图象DCT转换后的DCT系数进行加密，得到加密图象。通过使用混沌密钥进行加密的视频数据，具有安全性高、抵抗攻击能力强等特点。在信息系统中，采用Logistic混沌密钥加密，将是可靠的、安全的、方便的,而且有着广阔的应用前景
参考文献：
[1] 张捷, 王颖, 龙洋. 快速图像VEA加密算法的研究与实现[J]. 小型微型计算机系统 , 2001,(12)
[2] 赵方舟, 赵怀勋, 刘佳馨, 李双. 基于Logistic映射的彩色图像加密算法设计实现[J]. 计算机安全 , 2008,(02)
[3] 李永华, 王冰. 基于混沌序列的图像加密算法[J]. 计算机应用 , 2009,(S1)
[4] 王志兰, 郑敏. 彩色图像混沌加密算法的研究[J]. 通信技术 , 2009,(05)
[5] 任晓莉. 基于混沌序列的数字图像加密[J]. 宝鸡文理学院学报(自然科学版) , 2009,(01)
[6] 高耀文, 郭军海, 钱卫平. 一种基于Logistic映射的数据加密算法[J]. 系统工程与电子技术 , 2004,(08)
[7] 顾勤龙, 姚明海. 基于Logistic混沌序列的数字图像加密研究[J]. 计算机工程与应用 , 2003,(23)
[8] 曾辉, 王娜, 郑诣. 混沌序列在分组密码中的应用[J]. 佳木斯大学学报(自然科学版) , 2009,(03)
梁元(1976－ )，男，成都电子科技大学博士生，主任研究员 研究方向为信息安全与电视技术方向；
李建平(1964－ )，男， 教授，博士生导师，从事国际小波、宽带信息网络方面的研究。
郭科(1958－ )，男，教授，博士生导师，从事计算数学，计算机应用的研究。
钟守铭 男， 教授，博士生导师，从事应用数学、动力学的研究。
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