基于DSP+FPGA的多混沌實(shí)時(shí)視頻圖像加密系統

摘要：針對視頻圖像在數字通信中存在著(zhù)安全和隱私問(wèn)題，提出了基于DSP+FPGA技術(shù)來(lái)實(shí)現實(shí)時(shí)視頻圖像加密的系統設計方案，并詳細介紹了多混沌加密算法在DSP和FPGA上的實(shí)現。實(shí)驗結果表明多混沌實(shí)時(shí)視頻圖像加密增強了視頻圖像傳輸的安全性，同時(shí)證明了本系統對實(shí)時(shí)視頻圖像能快速地進(jìn)行加密。
關(guān)鍵詞：圖像加密；混沌加密；DSP；FPGA

0 引言
隨著(zhù)數字通信在網(wǎng)絡(luò )中使用越來(lái)越頻繁，視頻的安全保密也顯得越來(lái)越重要。在數字通信領(lǐng)域，許多在存儲和傳輸中安全可靠的視頻產(chǎn)品得到廣泛應用，例如：付費電視、機密視頻會(huì )議和醫學(xué)圖像系統等。從1970年開(kāi)始就有許多優(yōu)秀的密碼技術(shù)已經(jīng)確定并得到廣泛的應用，如DES、IDEA和RSA等，同時(shí)也有許多密碼技術(shù)由于加密速度不是很快，不能直接應用于視頻加密中。因此，為了保護傳輸中的實(shí)時(shí)視頻內容，研究一些專(zhuān)門(mén)的實(shí)時(shí)視頻圖像加密算法顯得十分重要。針對上述問(wèn)題，本文提出一種基于DSP+FPGA技術(shù)來(lái)實(shí)現實(shí)時(shí)視頻圖像加密。

1 多混沌圖像加密
多混沌圖像加密算法是通過(guò)多路選擇器選擇針對某一段數據采取哪種加密方式和密鑰，然后對明文進(jìn)行加密生成密文，多混沌圖像加密算法框架如圖1所示。多混沌圖像加密算法涉及到流加密、分組加密及多路選擇器。

1．1 流加密
流加密的密鑰是利用兩個(gè)不同的一維逐段性混沌映射x1(i+1)=F1(x1(i)，p1)，x2(i+1)=F2(x2(i)，p2)來(lái)生成x1(i+1)和x2(i+1)兩個(gè)擬混沌軌道變量，然后利用非線(xiàn)性變換生成偽隨機比特序列。采用的一維逐段性混沌映射如下：

其中x(i)∈(0，1)，p∈(0，0．5)，x(0)作為初始條件，p是控制參數。
偽隨機比特序列是利用非線(xiàn)性原則來(lái)生成比特序列，其生成器如下：

流加密是將64bit的明文pi和64bit的偽隨機序列Si進(jìn)行異或運算，公式如下：
Pi’=Pi⊕Si (3)
1．2 分組加密
分組加密是首先將64bit的明文分組成8組，然后讀入流加密生成的64bit偽隨機序列Si，最后將和Si異或運算后左循環(huán)移8位得到，將替代，重復變換n=18次。其變換公式如下：


1．3 多路選擇器
多路選擇器是利用一個(gè)一維逐段性混沌映射x3(i+1)=F3(x3(i)，p3)迭代多次來(lái)生成一個(gè)混沌軌道變量x3(i+1)，然后依據式(7)來(lái)生成偽隨機比特r，最后根據r來(lái)決定采用哪種加密算法，r=0時(shí)采用流加密，r=1時(shí)采用分組加密。