多媒体信息加密算法研究及其系统设计

摘要

本文利用混沌系统的初值敏感性、稠密性和伪随机性等诸多优点，将其应用于多媒体信息加密。在图像加密方面，采用基于Kolmogorov flows的混沌映射对图像进行置乱，对传统流加密进行改造，提出了基于乘积密码理论的新型混沌伪随机序列发生器完成象素的混淆，并在此基础上进一步采用线性映射对象素进行扩散以抵抗统计攻击。文中对算法进行了详细的性能指标分析，结果表明：该算法密钥空间巨大，可以有力地抵抗选择明文、密文攻击。在语音加密方面，本文利用时空混沌系统（单向耦合映象格子模型）与线性移位寄存器产生了高维的伪随机序列，该序列周期很长，具有更强的随机性，通过了FIPS 140-2的安全性能验证，利用其作为密钥流对语音信号进行加密，获得了更高的保密性。 最后，本文使用VHDL对上述算法进行描述，设计了以FPGA为核心的多媒体信息加密系统。其中软件平台包括多媒体文件的读写、存储与界面的设计；硬件平台包括数据通信、语音处理、FPGA系统三个部分，数据通信部分使用RS232和EPP通信模式，语音处理部分集成了语音信号采集放大、数模转换与功率放大电路等。对整个软硬件系统进行调试后表明，整个设计方案合理可行，具有较高的安全性与数据吞吐率，加解密速度较快，满足了工程实际的要求。