月犬云盾 原宏杰加密

混沌理论在加密中的应用仍然是一个相对较新的研究领域。基于混沌理论的现有视频加密大多采用单独的低维映射，安全性不高；虽然高维混沌系统具有良好的加密性，但由于其复杂的密钥序列生成过程和大量的视频加密教学证据。实时要求高的特点形成了矛盾，目前仍很少使用。为此，结合像素扩散的思想，提出了基于三维Lorenz混沌的彩色视频加密算法。

一、Lorenz混沌系统。

Lorenz系统是美国气象学家E.N.Lorenz在研究对流实验时发现的经典三维混沌系统。其动力学方程式如风格(1)所示；



Lorenz系统是一个耗散系统，它是基于流体力学中的Navier-Stokes方程、热传导方程和连续性方程而构建的。γ、俾、β是系统的参数，其值范围大于0的任意值，通常采用ω=10、ω=8/3、β作为变量，当保持ω、β值不变时，当ω>24.74时，洛伦兹系统进入混沌状态，当ω=28时，系统达到最佳混沌状态。

洛伦兹系统产生的混沌吸引子，如图1所示



二、基于Lorenz混沌的视频加密/解密算法。

数字视频在许多方面与静态图像具有相同的特征，因为视频信号本身是由许多按时间序列排列的连续图像组成的，每个图像称为帧。此外，视频数据还具有数据量大、冗余度高、实时性要求严格等特点。为了保证流畅的视觉效果，视频加密必须考虑实时在线的能力，这需要很高的处理速度。在此基础上，本文提出了一种基于Lorenz混沌的新视频加密算法，选择了能够使Lorenz系统产生最佳混沌序列的参数值。



在公式中，round()的含义是取近0的整数。经过处理后，新的混沌序列x、y、z'取值范围为[O、1]的任意实数。

该算法的基本思想是在视频采集过程中，将Lorenz系统产生的伪随机序列噪声添加到每帧图像的每个像素中，即对混沌系统产生的混沌序列和每帧的每个像素进行逐位处理。首先，Lorenz系统生成x、y、z混沌序列，然后将x、y.2混沌序列与每帧图像中对应的R、G、B分量值和前一个像素加密后的R、G、B分数值进行差异或加密，从而完成帧的加密。在采集过程中，对每帧图像进行如上处理，然后对整个视频进行加密。

整个系统加密。解密算法框图如图2和图3所示。





算法中每帧的第一个像素加密过程不同于其他像素，它使用相应的混沌序列与该像素和该帧的最后一个像索的R.G.B分置值进行不同或加密。该算法遵循香农信息理论中混乱和扩散的设计标准，可以对不同的帧产生不同的密钥进行加密，既能满足视频的实时要求，又具有很高的安全性。

三、设计彩色视频加密/解密算法。

1.加密算法的过程。

相机采集的视频帧大小为M*N，视频加密过程如下：



1.视频采集，输入加密钥x、y、z的值。

2.为使系统达到充分的混沌状态，首先将Lorenz系统迭代1000次，然后截取M*N组{x、y.z}的混沌序列。

3.将获得的M*N组混沌序列按公式(2)进行改进，获得新的M*N组混沌序列x、y、z)，对序列中的每个值取其第3、5、7位形成3位十进制数，并将该数与256取余，获得8位密钥流，从而获得M*N组的最终密钥序列(xk'、yk\

4.按式(3)逐一加密帧中的每个像素，然后加密整个视频帧。

在公式中，R、G取当前待加密像素点的三个分量值，xk'、yk'zk'分别是与当前像素分量对应的密钥序列值，xk'、yk'zk'分别是前一个已加密像素分量值。

5.显示加密的视频帧。

6.重复步骤4和5，完成整个视频的加密。

解密算法是加密算法的逆过程。

小知识视频。

视频(Video)一般是指通过电信号捕捉、记录、处理、存储、传输和重现一系列静态图像的技术。