视频混沌加密技术的研究及Android平台实现
如今，每个人的生活都离不开手机，随着移动互联网5G技术的发展，视频逐渐成为大家记录生活和社交交流的主要方式。但是，由于Android系统的开源特性以及网络传输开放和共享的特性，使得Android手机上视频存储和传输的安全性问题被广泛关注。视频图像与简单的文本消息不同，其具有数据量大、相邻像素间相关性强、时间和空间上冗余度高等特点。因此主流的一些文本加密标准如数据加密标准（DES）、高级加密标准（AES）等分组加密方案不再适用。近年来，混沌理论得以发展，发现混沌系统具有的一些固有特性与密码学的特征非常相似。密码学研究人员开始将混沌理论应用于视频加密过程，实现对视频的保护。本文提出两种基于混沌理论的视频加密方案并进行实验测试，最终实现选择性加密方案在Android平台应用。 第一种是在进行H.264压缩编码之前对每一帧图像进行加密操作。该加密算法中，使用四维洛伦兹混沌系统和DNA编码相结合的方式对视频进行加密保护。基于DNA编码级的置乱算法，不仅改变图像中像素点的位置，像素点的值也在置乱阶段发生改变，密码系统的安全性能得到提升。使用随机DNA编码规则的方式对明文像素值编码，相比确定一种的DNA编码规则极大地增加了密码系统的随机性。此外，将明文的DNA编码特性（PPDC）参与到置乱算法中，使置乱使用的密钥流除了与密钥相关外，还与待加密的图像相关，提高了密码算法的明文敏感性。因此，从各方面来看，该加密系统都是安全可靠的。 第二种是对H.264视频压缩编码过程中产生的关键语法元素进行选择性加密的方案。并不是所有的语法元素都可以实现加密操作，有些语法元素被加密后会破坏视频格式，有些会严重影响加密效率或导致加密后的视频数据过度膨胀等一系列问题的出现。因此，在该算法中对语法元素详细分析，找出可加密的语法元素对象，在PC端实验并对结果进行分析。在本文中，所提出的加密算法是对预测模式（亮度、色度）、量化参数偏移值、运动矢量差值MVD、DCT变换直流分量、AC分量符号以及熵编码过程中的拖尾系数符号共六种语法元素进行单一或组合形式的加密。根据语法元素取值范围的不同对第一种混沌密码算法进行改进，提出4编码、2编码和1编码的编码方案。通过对X264和JM视频编解码开源框架的分析，找到需要加密的语法元素，将加解密算法移植到H.264的编解码过程中，实现对语法元素的选择性加密算法，最终应用于Android平台。
混沌系统;视频加密;语法元素;DNA编码;Android系统
广东工业大学
硕士
控制工程
熊晓明;黄沫
2021
中文
TN929.53
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）