[科普中國(guó)]-加密部分

簡(jiǎn)介

加密部分簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是指僅對(duì)部分明文進(jìn)行加密，加密部分一般應(yīng)用于數(shù)據(jù)量非常大的數(shù)據(jù)中，例如視頻數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)加密方法相比，加密部分方法加密多媒體數(shù)據(jù)流，安全性較低，但卻可以獲得較高的加密速度。傳統(tǒng)加密方法使用傳統(tǒng)密碼直接加密數(shù)據(jù)，算法安全性很高，但是改變?cè)瓉?lái)的數(shù)據(jù)格式，同時(shí)計(jì)算復(fù)雜度較高。

加密加密是將將數(shù)據(jù)的原始格式轉(zhuǎn)換成另一種偽裝格式的方法。為了安全和保密起見(jiàn)，對(duì)可讀文本信息進(jìn)行編碼與屏蔽，以防止非法竊聽(tīng)或泄密，它是保護(hù)和保密計(jì)算機(jī)文件的一種有效方法。密碼和暗號(hào)技術(shù)是加密技術(shù)的基礎(chǔ)。接收設(shè)備與傳輸設(shè)備均采用相同的算法，并由接收設(shè)備對(duì)收到的信息進(jìn)行譯碼。數(shù)據(jù)加密方法常見(jiàn)的有3種，即：替換密碼法、易位法和組合法。加密技術(shù)除了應(yīng)用于通信領(lǐng)域外，在廣播電視、計(jì)算機(jī)及音像出版發(fā)行中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

數(shù)據(jù)加密數(shù)據(jù)加密技術(shù)是對(duì)系統(tǒng)中所有存儲(chǔ)和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，使之成為密文。這樣，攻擊者在截獲到數(shù)據(jù)后，便無(wú)法了解到數(shù)據(jù)的內(nèi)容；而只有被授權(quán)者才能接收和對(duì)該數(shù)據(jù)予以解密，以了解其內(nèi)容，從而有效地保護(hù)了系統(tǒng)信息資源的安全性。數(shù)據(jù)加密技術(shù)包括這樣幾方面的內(nèi)容：數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)解密、數(shù)字簽名、簽名識(shí)別以及數(shù)字證明等。

類型加密類型分為兩種，對(duì)稱加密與非對(duì)稱加密，對(duì)稱加密雙方采用共同密鑰，（當(dāng)然這個(gè)密鑰是需要對(duì)外保密的），這里講一下非對(duì)稱加密，這種加密方式存在兩個(gè)密鑰，密鑰 -- 一種是公共密鑰（正如其名，這是一個(gè)可以公開(kāi)的密鑰值），一種是私人密鑰（對(duì)外保密）。 您發(fā)送信息給我們時(shí)，使用公共密鑰加密信息。 一旦我們收到您的加密信息，我們則使用私人密鑰破譯信息密碼（被我們的公鑰加密的信息，只有我們的唯一的私鑰可以解密，這樣，就在技術(shù)上保證了這封信只有我們才能解讀——因?yàn)閯e人沒(méi)有我們的私鑰）。 使用私人密鑰加密的信息只能使用公共密鑰解密（這一功能應(yīng)用與數(shù)字簽名領(lǐng)域，我的私鑰加密的數(shù)據(jù)，只有我的公鑰可以解讀，具體內(nèi)容參考數(shù)字簽名的信息）反之亦然，以確保您的信息安全。

加密部分方法分層累進(jìn)編碼的部分加密方法分層編碼過(guò)程中，圖像或視頻數(shù)據(jù)被分解成不同的數(shù)據(jù)層，一般低層（如圖中的層）代表重要數(shù)據(jù)，恢復(fù)后得到圖像或視頻畫(huà)面的粗略近似；高層（如圖中的層）是增強(qiáng)層，可以加強(qiáng)圖像或視頻畫(huà)面的細(xì)節(jié)。如在EZW、SPIHT或累進(jìn)的JPEG編碼方法中，分層編碼采用的是基于位平面的方法，字節(jié)的高位對(duì)應(yīng)編碼的低層，字節(jié)的低位對(duì)應(yīng)編碼的高層。在分層的MPEG 和H.263編碼中，碼流分為基本層和增強(qiáng)層，基本層對(duì)應(yīng)視頻序列的近似數(shù)據(jù)，增強(qiáng)層增加視頻畫(huà)面的細(xì)節(jié)效果。

基于此類編碼方法，設(shè)計(jì)的部分加密方案如圖所示。其中根據(jù)安全性要求不同來(lái)控制要加密的數(shù)據(jù)流層，如圖中“0 ”表示此層不加密，“ 1”表示此層加密，這樣，圖中第一層不加密，其它層加密。加密的編碼層數(shù)越高，圖像的可理解性越低，加密的強(qiáng)度也會(huì)越高。加密的層數(shù)越多，密文的可理解性越差，加密強(qiáng)度就高；但加密層數(shù)越多，加密復(fù)雜性也越高，加密速度降低。因此可以根據(jù)要求的加密強(qiáng)度選擇合適的加密層次，同時(shí)也可以根據(jù)加密速度的要求來(lái)選擇合適的加密層數(shù)。其中，某一層加密的方法，可以根據(jù)數(shù)據(jù)量和安全性要

求來(lái)確定。當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大、安全性要求一般時(shí)，可以采用基于異或操作的流加密密碼。當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求很高時(shí)，可以采用傳統(tǒng)密碼加密，傳統(tǒng)的基于數(shù)論的密碼具有很高的安全性，但加密速度比較慢。 當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求很高，并且數(shù)據(jù)量又很大時(shí)，可以采用基于二維離散混沌映射的加密方法，此類算法安全性較高，加密速度快。在針對(duì)分層累進(jìn)編碼的加密過(guò)程中，為了使得加密后的數(shù)據(jù)在進(jìn)行碼流操作 如改變編碼率 時(shí)，不必先進(jìn)行解密操 作，而直接對(duì)加密后的碼流操作，可以采用流密碼加密。流密碼使得當(dāng)前位不依賴于后續(xù)位，因此可以根據(jù)碼率要求控制碼流的截?cái)帱c(diǎn)，而不影響解密操作?？梢?jiàn)，采用基于位操作的流密碼，可以將碼流控制精度保持在位一級(jí)1。

基于目標(biāo)編碼的部分加密方法基于目標(biāo)的編碼方法，將圖像、視頻數(shù)據(jù)分割為多個(gè)目標(biāo)（物體）和背景，對(duì)各個(gè)目標(biāo)和背景分別編碼。此類編碼方法能夠提高壓縮率。尤其是用于視頻編碼中，通過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，可以降低幀間的冗余度；而且，采用基于目標(biāo)的編碼方法為基于目標(biāo)的圖像檢索、圖像分割和視頻分類等操作和應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。對(duì)此類編碼采用與針對(duì)分層累進(jìn)編碼類似的加密方案，如圖所示。圖像或視頻流經(jīng)過(guò)基于目標(biāo)的編碼分解為背景和多個(gè)目標(biāo)，對(duì)它們進(jìn)行壓縮編碼，根據(jù)安全性要求加密指定的背景或目標(biāo)?！? ”表示此目標(biāo)不加密，“1表示此目標(biāo)加密。這樣，圖中背景不加密，其它各目標(biāo)均加密。

僅加密頭信息將頭信息加密，再與其他數(shù)據(jù)隨機(jī)混合，使接收方難以按原數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)分結(jié)構(gòu)信息和視頻信息并解碼。該算法不降低壓縮率，計(jì)算量小。但是安全性較低，因?yàn)轭^信息所含信息量較小，加密效率低，這種加密方式比較容易破解。為方便于合法接受方解碼，需加入同步信息，或保留原來(lái)部分同步信息2。