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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通信系统。该方案可广泛用于保护、

通信、多媒体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来越严重的安全问题。例如：多媒体作品的

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，多媒体信息安全成为学术界和工业界共同关注的新

[1,2]

的研究方向。

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

[3]

学，它的理论基础之一是 1949 年香农（Shannon）的经典论文“的通信理论” 。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

[4-6]

到了极其重要的作用。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。

[4-6]

利用传统的密码学，对数据的性、真实性和不可否认性等问题都有很好的解决方法，

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

[1-2,6]

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。

单纯采用传统的加密方式来解决多媒体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（Digital Watermark Technology）。

数字水印技术是一种将某种秘密标记嵌入到多媒体容中的技术。对于图像、音频、视频

等多媒体容来说，由于其本身所固有的数据量大、数据冗余性高等特点，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

[1,5]

得了长足的发展，并被认为是“多媒体保护的最后一道防线” 。相比于传统的密码学方法，

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