目前视频加密算法存在于两个领域,一个是视频信号处理领域,一个是密码学领域。前者侧重于计算复杂度、加密对压缩性能的影响、转码特性和传输透明性等问题;后者侧重于计算复杂度和密码学分析等问题。从应用的角度看,前者更侧重实用性,相对于传统文本数据,视频数据比特率高,单位信息价值低,实现计算复杂度和安全性间的平衡,是二者研究的共同点。尽管已经有些文献综述了数字视频加密算法的研究,但从应用的角度分析无线环境下视频加密算法的并不多。

一、无线环境下三种典型视频应用特点

目前无线环境下包括多媒体信息服务(MMS)、电路交换和包交换的会话服务(PCS)以及电路交换和包交换的会话服务(PCS)等三类视频服务。视频加密必须依照具体的应用场景,实现安全性、计算复杂度和传输透明性之间的平衡,在币保效率和鲁棒性的同时,实现视频质量的最大化。

1、MMS多媒体信息服务

不包括任何实时约束,编码、传输和译码完全地分开,无需网络节点转码,离线编码和局部地存储记录的视频信号,在链路层,采用可靠的传输策略也就是数据传输,如文件下载。

2、PPS实时或预先录制的视频包交换流服务

在PSS应用中,用户请求预先编码的并在服务器上保存的视频序列,编码和传输是分开的,传输期间需要最小化初始延迟和移动设备中的内存使用,并需要实时地在线传输和解码,传输流的应用比MMS涉及到更多的技术挑战,如网络节点安全转码和码率控制等问题。

3、PCS电路交换和包交换的会话服务

为避免任何视觉干扰,保持声音和视频同步,需要最小化端到端延迟,因此,编码、传输和译码允许实时地双向同步执行PCS必要的需求是低的端到端延迟(小于250ms),加密视频涉及码率控制问题,如可视电话和会议。

二、无线环境下视频加密问题

1、计算复杂度

DVE加密算法的计算复杂度由预处理时间(数据抽取时间)、数据加密时间和后处理时间(数据恢复时间)组成。基于具体应用场景,保证内容安全的前提下,降低DVE计算复杂度,如:MMS服务可以采用关键域加密算法,PCS和PPS服务可以采用流密码算法(RC5等),但必须克服流密钥的不足。

2、安全性

DVE加密算法安全性主要涉及两个方面的问题:一是加密视频的视觉可理解程度(加密颗粒度),二是加密系统的安全问题.前者和视频应用场景密切相关,特殊领域(军事和安全防范)要求加密的视频在非解密的情况下视觉上是不可理解的,但是在娱乐领域(视频点播和付费电视等)在非解密的情况下播放是视觉上允许可理解;后者包括网络节点转码、密钥和无线接收设备等安全。花费仅仅几千人民币可以保证无线接收设备免于破解是不可能的,破解成功可能性总是存在。确保无线接收设备不被破解的唯一方法,就是在创建新的系统和破解这个系统所需的时间之间的竞赛中获胜网络节点安全转码必须依赖simul-cast,fgs和mdc等编码以及元数据描述技术。

3、压缩性能问题

未来无线视频应用商业模式可能按照数据流量付费,所以加密操作最好对视频压缩性能影响应最小化应用层的嫡编码后的加密适合MMS,网络层的包加密适合PCS和PSS。

4、传输透明性问题

PCS和PSS视频服务需要考虑传输透明问题,包括转码性能问题和R-D优化等问题.非可伸缩加密视频无法解决这些问题,必须依靠sinul-cast,FGS和MDC等编码以及元数据描述技术。

无线环境下视频加密,MMS应用需要解决计算复杂度和安全性平衡问题,PCS和PSS应用需要解决计算复杂度、传输透明性和安全性平衡问题。未来无线视频加密的研究方向主要包括:加密内容安全性密码学分析、网络环境下传输性能的测试以及基于视频压缩领域与密码学领域的结合提出针对视频编码的内容加密算法。

小知识之加密算法

数据加密的基本过程就是对原来为明文的文件或数据按某种算法进行处理,使其成为不可读的一段代码,通常称为“密文”,使其只能在输入相应的密钥之后才能显示出本来内容,通过这样的途径来达到保护数据不被非法人窃取、阅读的目的。 该过程的逆过程为解密,即将该编码信息转化为其原来数据的过程。