多媒体数据的快速加密算法研究

论文摘要

随着计算机和网络技术的发展,多媒体已被广泛地运用到人们社会生活中的各个领域。同时,多媒体通信的安全问题也日益受到关注,而密码学是解决这一问题的首要技术。与文本数据不同,多媒体的数据量往往非常庞大,对其加密会消耗大量的计算资源和能量。如果将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,这就要求对多媒体数据采用特殊的加密算法。本论文主要研究在保证安全要求的前提下,如何实现对多媒体数据的快速加密。论文的工作主要包括四个方面:1、对JPEG、MPEG-1、MPEG-2等各种多媒体数据的编码格式进行研究分析,重点掌握了JPEG和MPEG-2的分层格式和编码解码流程。2、通过对目前常用的多媒体加密算法进行理论研究和实验仿真,指出了各种加密算法的性能特点。3、提出了一种基于四叉树结构的空域图像加密算法,对其内部置乱算法的密钥空间进行了分析,并通过改进算法,进一步提高了其安全性。通过理论分析和仿真实验得出该算法具有加密数据量小和运算复杂度低的优点,能够满足低运算能力设备的实时性需求。4、提出了基于位置文件的适用于视频服务器的MPEG-2文件加密算法。该算法不但利用选择加密思想,极大地减少了加密的数据量,而且通过使用CTR改进模式,在很大程度上改善了网络传输中容错率。更为重要的是,通过引入位置文件预处理机制,显著地提高了MPEG-2文件的加解密速度。实验和分析证明,这种空间换时间的策略,使得多用户环境下的平均处理速度大大提高,具有较高的应用价值。最后是全文的总结,并给出了论文的不足之处以及今后进一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 多媒体加密技术研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究目的和研究内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 2 多媒体编码标准
• 2.1 引言
• 2.2 JPEG 标准
• 2.2.1 正向离散余弦变换
• 2.2.2 量化
• 2.2.3 Z 字型编码
• 2.2.4 直流系数的编码
• 2.2.5 交流系数的编码
• 2.2.6 熵编码
• 2.2.7 组成位数据流
• 2.3 MPEG-1 标准
• 2.4 MPEG-2 标准
• 2.4.1 MPEG-2 系统
• 2.4.2 MPEG-2 视频流层结构
• 2.4.3 MPEG-2 视频压缩基础
• 2.4.4 MPEG-2 视频编码方式
• 2.4.5 MPEG-2 压缩技术
• 2.4.6 MPEG-2 的应用
• 2.5 MPEG-4 标准
• 2.5.1 基于内容的交互性（Content-based Interactivity）
• 2.5.2 高压缩率（Compression）
• 2.5.3 灵活多样的存取（Universal Access）
• 2.6 MPEG-7 标准
• 2.7 MPEG-21 标准
• 2.8 本章小结
• 3 多媒体加密算法
• 3.1 概述
• 3.2 完全加密
• 3.3 选择加密
• 3.3.1 什么是选择加密
• 3.3.2 分块加密算法
• 3.3.3 DCT 系数加密算法
• 3.4 加密和编码的结合
• 3.5 本章小结
• 4 基于四叉树的空域图像加密算法
• 4.1 概述
• 4.2 四叉树置乱算法
• 4.2.1 四叉树编码
• 4.2.2 置乱算法
• 4.3 算法描述
• 4.4 实验结果
• 4.5 算法分析
• 4.5.1 加密数据量
• 4.5.2 内部置乱密钥空间
• 4.5.3 安全性
• 4.6 本章小结
• 5 适用于视频服务器的MPEG-2 文件加密算法
• 5.1 概述
• 5.2 加密算法
• 5.2.1 加密对象
• 5.2.2 扫描数据
• 5.2.3 位置文件
• 5.2.4 加密模式
• 5.3 试验仿真
• 5.4 算法分析
• 5.4.1 压缩率分析
• 5.4.2 存储空间分析
• 5.4.3 时间分析
• 5.4.4 安全性分析
• 5.5 结论
• 6 结论和展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录