12、基于混沌的数字图像与视频加密

基于混沌的数字图像与视频加密

1. 引言

在当今数字化时代，许多数字服务，如付费电视、机密视频会议以及医疗和军事成像系统等，都对数字图像和视频的存储与传输安全性有着可靠的要求。随着互联网的飞速发展，数字图像和视频的安全变得愈发重要。近年来，越来越多的消费电子服务和设备，像手机和个人数字助理（PDA），也开始具备保存和交换多媒体消息的功能。多媒体技术在社会中的普及，使得数字图像和视频比传统的枯燥文本发挥着更重要的作用，这就需要对用户隐私进行严格保护。为了满足各种应用中的安全和隐私需求，图像和视频加密对于抵御未经授权方的恶意攻击至关重要。

从20世纪90年代初开始，人们就致力于研究图像和视频加密的具体解决方案。由于混沌理论与密码学之间联系紧密，混沌密码学也被应用于图像和视频加密方案的设计。下面将全面探讨图像和视频加密的现状，为后续讨论奠定基础。

2. 图像和视频加密基础

2.1 现代密码学简介

为了便于后续讨论，先简要介绍现代密码学的基本理论。加密系统也被称为密码或密码系统。待加密的消息称为明文，加密后的消息称为密文，分别用P和C表示。加密过程可描述为$C = E_{K_e}(P)$，其中$K_e$是加密密钥，$E(·)$是加密函数。解密过程则是$P = D_{K_d}(C)$，其中$K_d$是解密密钥，$D(·)$是解密函数。根据柯克霍夫原则，密码的安全性应仅依赖于解密密钥$K_d$，因为攻击者一旦获得$K_d$，就能从观察到的密文中恢复出明文。

根据$K_e$和$K_d$的关系，密码可分为两种：
- 私钥密码（对称密码） ：当$K_e = K_d$时，称为私钥密码。