洪苑玲-视频加密 - 图文

漳州师范学院

毕业论文

基于超混沌Lorenz系统的视频加密

Video Encryption Based on Hyperchaos Lorenz System

姓 名： 洪苑玲 学 号： 080401404 系 别： 数学与信息科学系 专 业： 数学与应用数学 年 级： 2008级 指导教师： 蔡建平教授

2012年1月5日

摘 要

视频加密技术在安全通信中应用广泛。本文基于超混沌Lorenz系统，采用四阶龙格库塔算法产生的伪随机混沌序列对视频进行编码和解码，实现了视频加密的效果，保证传输的保密性。以原始视频“clock.avi”为例，利用Matlab运行编码和解码的程序，我们得到了结论来验证这个方法的可行性。仿真实验证明，该方法具有良好的加密效果及较强的安全性。

关键词：Lorenz系统；伪随机序列；视频加密；

Abstract

Video encryption is widely used in information security.Based on Lorenz hyper-chaotic system ,the paper encodes and decodes video by adopting the pseudo-random chaotic sequence engendered by the fourth order Runge-Kutta,thus realizing the video encryption to which can guarantee the confidentiality of transmission.Take the video “clock.avi”as an example.We will use matlab to run the encoded and decoded program,and get the conclusion to verify the feasibility of this method. Simulation experiments show that the method has a good effect on encryption and the stronger security.

Key words: Lorenz system; Pseudo-random sequence; Video encryption

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目 录

中英文摘要………………………………………………………………………………………（I） 引 言…………………………………………………………………………………………… （1） 1 AVI视频文件结构特点………………………………………………………………………（2） 2 系统模型与问题陈述……………………………………………………………………… （2） 3 基于超混沌Lorenz系统的视频加密算法…………………………………………………（ 3） 3.1 AVI视频文件的读入……………………………………………………………………（3） 3.2视频加密原理图…………………………………………………………………………（4）

3.3视频加密算法……………………………………………………………………………（4）

4 基于超混沌Lorenz系统的视频解密算法…………………………………………………（7）

4.1视频解密原理图……………………………………………………………………… （7） 4.2视频解密算法………………………………………………………………………… （7） 4.3视频的读出…………………………………………………………………………… （9）

5 Matlab中的仿真实验结果与安全性分析…………………………………………………（10）

5.1加密和解密效果分析…………………………………………………………………（10） 5.2密钥敏感性分析………………………………………………………………………（11） 6 结论…………………………………………………………………………………………（12） 参考文献……………………………………………………………………………………… （14） 致谢…………………………………………………………………………………………… （15）

引 言

目前，随着网络通信技术和视频编码技术的快速发展，视频多媒体信息得到了广泛应用，非法拷贝、盗版、剽窃和篡改等成为当前关注的重要问题，因此有必要对视频编码进行深入研究。视频具有数据量大、编码结构特殊、实时性要求高等特点，尤其在网络媒体环境下视频的实时性要求更高，这些特点对现有加密算法提出了新要求。尽管此前也提出了很多MEPG视频加密算法[1]，如完全加密算[2]法、之字形扫描置乱算法[3]、VEA（Video Encryption Algorithm）[4]、选择性加密[5]等，但是本文提出了一种基于混沌系统的视频加密方案。

混沌序列在密码学方面的应用起源于80年代末期，由英国数学家Matthews 首先提出[6], 其后得到了一定的发展[7?8]。国内南京大学声学研究所倪皖荪等也应用混沌序列实现了对汉语语音信号的加密、解密及传输[9] 以及广西大学计算机与信息工程学院的唐秋玲等利用混沌系统对图像加密进行加密[10] 。在保密通信以及控制工程等方面混沌系统具有潜在的应用能力，混沌系统有着复杂的动力学行为。理论分析和数值仿真发现，混沌系统具有对初值/参数的高度敏感性、长期不可预测性和遍历性等特性，和密码学有着紧密的联系。因此，近年来基于混沌系统产生的伪随机序列引起了研究人员的极大兴趣。已有文献提出基于混沌系统的加密算法有：基于Logistic 映射、Henon映射以及基于混沌系统生成二进制序列的方法[11]等。然而对于低维混沌的加密方案，已经有一些攻击方法可以将其破解[12]。考虑到超混沌系统具有比混沌系统更复杂的结构，类随机性更强，因此更适合用于保密通信。

基于上述的研究，本文以著名的Lorenz混沌系统为研究对象,先大体地介绍超混沌Lorenz系统的模型，然后对视频进行帧处理，采用四阶龙格库塔产生的混沌序列完成对视频帧图像的编码和解码，从而实现了视频加密的效果，保证传输的保密性。本文所提出的加密算法的密钥是由产生混沌序列的初值构成，利用Matlab 实现了对视频的加密和解密，同时也证明了该方法的可行性与安全性。

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