基于混沌加密与水印技术的多媒体安全通信方案

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1、基于混沌加密与水印技术的多媒体安全通信方案摘要：由于没有考虑到多媒体信息的特殊性，如数据量大、信息冗余度高等特点，因此，基于传统的密码学的数据加密、认证方式并不适合于多媒体信息的安全防护。本文针对这个问题提出一种结合混沌加密与数字水印的多媒体保护方案，该方案利用混沌进行多媒体内容的快速加密，利用水印进行真实性认证，为多媒体安全提供了新思路。作为一个实例，本文介绍了一个基于上述方案的视频保密通信系统。该方案可广泛用于版权保护、保密通信、多媒体内容真实性认证等场合。0引言随着数字时代的到来，计算机、多媒体、互联网等给我们的世界带来了翻天覆地的变化。但是，网络在给人们带来便利的同时也暴露出越

2、来越严重的安全问题。例如：多媒体作品的版权侵犯、软件或文档的非法拷贝、电子商务中密码的非法盗用和篡改、网络中信息的非法截取和查看、甚至黑客攻击等等。毫无疑问，网络中的信息安全是现在乃至未来相当长时期内的需要解决的热点问题之一。公钥密码体制的发明人之一Rivest曾说过：“需要是发明的母亲，而计算机网络就是现代密码学的母亲”。20世纪70年代计算机网络的兴起正是掀起现代密码学研究热潮的主要推动力，并使之发展成为一门相对成熟的学科。随着20世纪90年代Internet的迅速发展，多媒体技术的逐渐成熟和电子商务的兴起，网上多媒体信息量急剧膨胀，使得多媒体信息的安全问题变得越来越重要，多媒体信

3、息安全成为学术界和工业界共同关注的新的研究方向[1,2]。提到信息安全，人们首先想到的就是密码学。密码学是以研究秘密通信为目的的一门科学，它的理论基础之一是1949年香农（Shannon）的经典论文“保密的通信理论”[3]。二十世纪70年代，随着DES标准的出现、Diffie和Hellman公钥密码思想的提出，密码学逐渐形成一门崭新的科学，推动了信息安全的发展。当今的密码技术不仅仅可以用来对数据进行保密通信，还可以被有效地用作信息鉴别、数字签名等，以防止电子欺骗，这对信息处理系统的安全起到了极其重要的作用[4-6]。多媒体系统作为一种信息系统，它的安全在一定程度上也需要求助于密码学。利

4、用传统的密码学，对数据的保密性、真实性和不可否认性等问题都有很好的解决方法[4-6]，比如利用数论或代数学等方法设计的序列密码或分组密码可以对数据进行有效的加密；利用单向陷门函数可以形成数字摘要，制作数字签名，以此进行信息的完整性认证；利用密码协议可以进行密钥的管理和分配等等。传统的密码学确实在数据保护方面起到了重要的作用。但是，它毕竟是以文本加密为设计目标的，在多媒体信息安全的应用上，显得有点力不从心。而多媒体数据由于其本身所固有的如数据量大，冗余性高等特点，对信息安全问题提出了新的要求。因此，研究适合于多媒体信息安全的算法已迫在眉睫[1-2,6]。单纯采用传统的加密方式来解决多媒体

5、信息安全问题是不够的，因为加密方法至少在下面几个方面表现出不足：首先，加密可能使数据变得不可理解，从而对它的传播产生影响；其次，加密后的数据容易引起攻击者的注意，而数据一旦解密，则将可以被任意传播，无法获得任何形式的保护；第三，传统的加密方式没有考虑多媒体数据的自身特点。考虑到上面这些不足，近年来，研究人员突破了传统密码学的技术路线，开始将目光转向一种新的信息安全手段——数字水印技术（DigitalWatermarkTechnology）。数字水印技术是一种将某种秘密标记嵌入到多媒体内容中的技术。对于图像、音频、视频等多媒体内容来说，由于其本身所固有的数据量大、数据冗余性高等特点，-6

6、-把秘密信息隐藏在其中是十分可行的，并不会造成其可用性的下降。因此，该技术自被提出以来，近十年来获得了长足的发展，并被认为是“多媒体保护的最后一道防线”[1,5]。相比于传统的密码学方法，数字水印技术无论在版权保护、数据追踪还是内容真实性认证方面具有下面的优点：1.传统的加密方法对内容的保护只局限在加密通信的信道中或其他加密状态下，一旦解密，则毫无保护可言；而数字水印则存在于多媒体内部，永远与多媒体信息保留在一起。2.密码学中的认证方法对多媒体内容的保护显得无能为力：一方面由于多媒体内容的真实性认证往往需容忍一定程度的失真，而密码学中的认证方法不容许一个比特的改变；另一方面，用于多媒体

7、认证的认证信息往往需要直接嵌入多媒体内容中，不能够另外保存认证信息，但密码学中的认证方法则需另外保存信息认证码（MessageAuthenticCode，MAC）。数字水印可以做到不额外增加认证码，与媒体一起流动；同时容许一定限度的多媒体信息的降质。尽管数字水印技术有如此多的优点，但它毕竟是一项被动的保护技术。它只能证明多媒体内容的版权拥有权，或者证明多媒体数据的真实性，而并不能直接阻止非法授权者对这些多媒体信息的传播、篡改和使用。对多媒体数据