admin 基于混沌理论的多层次视频流加密方法，此方法由于采用多层次的混沌迭代，因而达到了使密钥实时改变的目的，极大地提高了保密性能。那么接下来，我就给大家详细的介绍一下。
一、基于混沌理论的多层次变密钥视频加密算法介绍
1、基于混沌理论的多层次变密钥视频加密算法的主要思想
当前，混沌可以用来做数据加密的事实已为越来越多的研究者所知，各式各样的加密算法也在不断涌现。这样做的理论依据是混沌行为具有三个特征：
1）貌似随即的特性；
2）对初始条件和控制参数的敏感性；
3）有界性。
在这里，我们采用时域有限的非线性函数来实时改变密钥，并对明码序列进行多层次混沌掩盖处理。
2、 基于混沌理论的多层次变密钥视频加密算法描述
(1) 框图建立
加密过程见图1，采用了四个不同的混沌算法，分别为：
CM1、CMz、CM3、CM4，它们的表达式分别为(1)、(2)、(3)、(4)。
注floor(x)取x的整数部分；round（x）取x最接近的整数；
由图1可知，CM1和CM2的输出相加得到R，R的取值范围应为[0，2），而CM3和CM4的输入范围应为[0，256]，为了满足要求，其中必须加入一步数值放大器，其输人为R，输出
为I：
（2）密钥生成
这里，初始条件X0(1)、X0(2)和参数a、λ作为种子，其取值是固定不变的，它们用来生成混沌掩码序列所需要的密钥I，随着CM1和CM2的不断迭代，密钥也在不断变化，这正是本加
密思想的精髓所在。可见，X0(1)、X0(2)、a、λ这四个输入值对于信息保密是至关重要的。
我们采用八个字节的比特流来表示初始状态，假设这八个字节分别为B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8，则四个初始状态将会表示为：
考虑到这四个状态的取值范围分别为：o<X0(1)，a≤1；λ> 1;0<X0(2)<1：如果(6)中有任何一个等式的计算结果不满足条件时，解决办法是取其倒数。
（3） 加密流程
1）产生混沌掩码
对于CM3和CM4的每一个输入I，CM3和CM4分别进行64次迭代运算。因为它们的输出结果都是[O，256]范围内的整数，所以共产生512bits的混沌掩码序列。
2）选择加密
加密的主要方式是利用上一步产生的掩码序列，对需要加密的数据进行异或运算。但是，在这里，由于加密的对象是视频信息，数据量庞大，而且要求实时性，所以不可能对全部的视频数据都进行加密处理，只对其中的关键性数据进行处理。
我们要加密的对象是H．263编码序列中的I帧（帧内编码）和P帧（帧间编码）中经过离散余弦变换后产生的DC系数，以及P帧中通过运动估值算法产生的运动矢量(MV)和残差值。加密时，原始数据先与CM3中产生的521bits混沌序列进行异或运算，运算的结果再与CM4产生的另外512bits进行第二次异或运算，这样通过多次运算使加密更彻底，从而增加破解难度。
3）密钥转换
在C'M3和CM4分别进行64次迭代运算完毕之后，CM1和CM2同时进行一次迭代，输出的结果使，的值发生变化，从而改变CM3和CM4的初始条件，也就是改变密钥，这样CM3和CM4再迭代64次得出的512bits混沌序列将会呈现完全不同的运动行为。从而极大的增加了破解难度。
3、算法推广
通过加快密钥的变换频率、增加加密运算的层次，以及选择更多的原始数据进行加密都可以进一步增加系统的保密性。图2所示为三层混沌序列加袒的流程图。
二、基于混沌理论的多层次变密钥视频加密算法实现
加密对象：YUV(4:2:0)标准测试序列经过H．263压缩编码后的数据流。所谓YUV测试序列是指由一些权威机构提供的用于编码测试的YUV格式的视频序列，比较常用的有：Forernan. yuv、News. yuv、claire. yuv、grandma. yuv、salesman、yuv等等，我们用的是前面两个。
加密工具：Visual C++编程语言、DirectShow开发工具。
加密结果如图3所示。
结果分析：
1）加密效率分析
我们这里选用的两种视频序列具有截然不同的运动特征：Forcman更加动态，而News偏向于静态。之所以这样选择，目的是试图分析这种加密方法对于不同的加密对象的加密效率如何。测试加密效率的方法之一就是用视频压缩所用的时间与加密时间作对比，如果加密时间只占压缩时间很小的比例，那么就可以说明我们的加密算法不会引起视频传输的较大时延，具有可以信赖的加密效率。
我们分别选用100帧和300帧的原始序列进行测试，而且测试序列采用的格式分别为Cif和Qicf.结果如表1所示。
注：Tec、Tdc分别为原始视频序列用H 263编码和解码所用的时间。
Tecc、Tdcc分别为原始视频序列用H 263编码、加密以及解码、解密所用的总时间。
由表1可知，加解密时间与编解码时间相比，只占很小的比例，完全可以满足实时视频交互的要求。
2）保密性能分析
在我们提出的视频文件加密框图中，如果没有CM1，CM2，那么通过一些密码分析方法来重新构造CM3，CM4从而到达解密的目的是可能的。
但是，由于这里使用了多层次的加密方法，使得CM3、CM4的状态实时改变，这样，即使通过一些知道部分明文( known-p laintcxt)的攻击方法得到CM3、CM4的输入I也很难推算出最初始的输入X0(1)、X0(2)、a、λ。因为I是CM1、CM2的输出相加的结果，要想得到这两个加数各自的值非常困难。
小知识之混沌理论
混沌理论（Chaos theory）是一种兼具质性思考与量化分析的方法，用以探讨动态系统中（如：人口移动、化学反应、气象变化、社会行为等）无法用单一的数据关系，而必须用整体、连续的数据关系才能加以解释及预测之行为。
