基于Rijndael的MPEG-4视频加密算法研究

摘要

随着计算机网络技术和多媒体技术的飞速发展，多媒体视频信息的应用达到了前所未有的广度和深度，但同时也导致了盗版、剽窃等非法行为的不断出现，因此采取有效措施保证视频信息的安全迫在眉睫。最初的安全策略主要是对访问者进行权限控制，但是由于视频数据本身并没有被保护，在传输过程中很容易被窃取，这就使得权限控制不能从根本上保证视频信息的安全。实践证明，采用密码学的方法对视频信息加密是保证其安全性的一种有效措施，已经成为多媒体信息安全领域的一个研究热点，但是由于视频信息具有数据量大、编码结构特殊、实时性要求高以及压缩后的数据具有特定格式等特点，这就决定了在加密方案确定前必须要妥善权衡系统开销和安全强度之间的矛盾。本研究在对MPEG-4视频压缩编码技术深入分析的基础上，使用Rijndael算法实现了对MPEG-4视频信息的加密。 ⑴介绍了MPEG-4视频压缩编码标准的产生与发展，阐述了其基本原理、编码结构及功能特点，对一些关键算法进行了研究，比如运动估计与运动补偿、DCT变换、量化和可变长编码等。 ⑵研究了Rijndael加密算法，对其进行了优化，将基于字节的运算转换为基于字的运算，通过一些简单的查表操作和异或运算即可实现加密，并对优化前后的Rijndael加密算法进行了加密实验测试，测试结果表明，优化后的算法在32位处理器上的执行效率有了明显的提高。 ⑶对近年来针对MPEG系列视频压缩编码标准提出的加密方案进行了总结与分类，给出了各类方案的加密模型；在此基础上，结合MPEG-4视频编码的结构特点，设计了一种具有流密码特点的选择性加密方案来对MPEG-4视频信息进行加密，即使用优化后的输出反馈(OFB)模式下的Rijndael加密算法对MPEG-4视频序列I-VOP中的DC差分系数以及P-VOP和B-VOP中Intra块的DC差分系数加密，给出了加密前后的效果对比图，通过对实验结果进行详细分析可知，该加密方案不仅具有较高的安全性，而且复杂度低，对压缩时间和压缩率的影响较小，能够较好的满足视频加密的要求；通过信道误码仿真，对OFB和密码反馈(CFB)两种模式下的Rijndael算法的加解密效果进行了对比，结果表明本文加密方案具有较好的抗误码性能，能够有效抵御错误传播；通过篡改加密后的视频数据对方案进行了攻击实验，不解密而直接对其进行解码，虽然能够获取少许视频信息，但是对于理解整个视频序列的具体内容没有太大的帮助。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1视频加密的研究背景及意义

1.2视频加密概述

1.3视频加密的发展现状

1.4视频加密的发展方向

1.5论文内容的组织结构

第2章MPEG-4视频压缩编码标准

2.1 MPEG-4视频编码的主要功能和特点

2.2 MPEG-4视频编码的关键技术

2.3 MPEG-4视频图像格式

2.4 MPEG-4视频编码过程

2.5 MPEG-4视频编码的主要环节

2.6 MPEG-4视频码流的分层数据结构

2.7 MPEG-4视频框架和级别

2.8本章小结

第3章Rijndael加密算法的快速实现

3.1 Rijndael算法的数学基础

3.2 Rijndael加密算法的设计原则

3.3 Rijndael算法的加密过程

3.4Rijndael加密算法的快速实现

3.5本章小结

第4章MPEG-4视频加密方案及性能分析

4.1常规MPEG加密方案

4.2基于Rijndael算法的MPEG-4视频加密方案

4.3加密算法的设计

4.4视频加密实验

4.5方案性能分析

4.6对方案的攻击

4.7方案的应用策略和场合

4.8本章小结

第5章全文总结

5.1论文工作总结

5.2对论文进一步研究工作的建议

参考文献

附录

后记

攻读硕士学位期间发表的学术论文