一种适用于边缘计算设备的视频加密方法

本发明涉及信息安全的，尤其涉及到一种适用于边缘计算设备的视频加密方法。

背景技术：

1、在当前的数字时代，随着边缘计算设备的广泛应用，无人机遥感系统、医疗监控设备和智能家居系统应运而生。无人机遥感系统通常在环境监测、灾害评估和农业监测等领域被利用来收集高分辨率的地表视频；医学监控设备在远程诊疗和手术过程记录中扮演着关键角色；智能家居系统中用于安全监控和日常管理。这些系统采集到的视频数据不仅容量巨大，还包含了大量敏感信息，对个人隐私和国家安全都有极高的保密需求。但传统视频加密技术存在对密钥不够敏感、容易被破解、存在周期性、生成的序列不够随机、加密效率低等问题，难以满足边缘计算的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于边缘计算设备的视频加密方法。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

3、一种适用于边缘计算设备的视频加密方法，包括：

4、设置密钥；

5、采用密钥获取一维混沌映射所需的初始参数；

6、将需要加密的视频拆解成若干张图像；

7、结合一维混沌映射对拆解成的若干张图像分别进行加密；

8、将加密过的若干张图像再合成视频，得到加密视频。

9、进一步地，对每张图像进行加密的过程包括：

10、a1、对图像的每个通道采用最大化分块变换进行置乱，得到置乱后的图像；

11、a2、对乱后的图像进行异或扩散，得到扩散后的图像。

12、进一步地，对图像的每个通道采用最大化分块变换进行置乱，包括：

13、b1、获取输入图像img，得到图像img的高度h和宽度w;

14、b2、设置h1和w1分别等于的高度h和宽度w,p和q初始化为1；

15、b3、设置blkx0=p; blky0=q；

16、b4、迭代分割与变换：

17、在 h1>0 和 w1>0 两个条件均满足的情况下持续执行步骤b4-1到b4-4，否则跳到步骤b5；

18、b4-1、根据h1和w1的大小关系确定下一个需要处理的图像块的位置；具体更新算法取决于方块切割后的剩余部分，判断公式如下所示：

19、;

20、b4-2、提取最大图像块；

21、从图像img中提取当前图像块，其中提取的图像块在img中的位置由 blkz0和blky0 决定，具体使用如下公式进行提取操作：

22、=img[blkx0：blky0+ blksize-1，blky0 ：blky0 + blksize- 1]；

23、b4-3、变换图像块：

24、获取图像块的长h，定义迭代次数为n，a，是迭代n次后的图像，是迭代n-1次后的图像,代表迭代n次后的图像中位置为(x,y)的像素点，对于图像块中每一个像素值，均可由以下公式获得：

25、;

26、b4-4、将置乱后的图像块放入图像img 的第（p,q）个方块；

27、b5、获得置乱后的图像img。

28、进一步地，对置乱后的图像进行异或扩散，包括：

29、c1、将图像img转换成一维向量p，设图像img的长为m，宽为n，高为3，则其一维向量的宽度为1，长度l=m×n×3；随后利用混沌系统生成1个宽度为 1、长度为l的一维混沌序列key_stream，其中1<i<n0+l且i是一个int型变量，n0为设定值；

30、c2、对一维向量p和一维混沌序列key_stream进行逐位异或得到扩散后的序列encrypted_img；

31、c3、将密文一维向量encrypted_img重新转换成大小为m×n×3的图像c。

32、进一步地，生成一维混沌序列key_stream的过程包括：

33、d1、初始化变量：，i=1；为采用密钥得到的初始值，具体为混沌生成的起点；

34、d2、一维混沌映射迭代循环n0+l次，获得-x(n0+l)组成的尺寸为1*（n0+l）大小的数组序列x，每一次的具体步骤分为a和b：

35、a.用如下一维混沌映射公式更新的值：

36、;

37、其中b为控制参数；

38、b.i=i+1；

39、d3、截取x(n0+1)-x(n0+l)作为新的数组序列x，舍弃x（1）-x（n0）；

40、d4、对新的数组序列x作以下处理，将其转换到[0,255]区间中得到1个长度为l的一维混沌序列key_stream，其中mod代表取余操作，floor代表向下取整操作：

41、key_stream（i)=mod(floor(x(i)×10^12),256)， i=1:l。

42、与现有技术相比，本技术方案原理及优点如下：

43、传统的一维映射存在着对密钥不够敏感、容易被破解、存在周期性、生成的序列不够随机的问题，而本技术方案所提出的混沌映射算法，具有对密钥足够敏感、难以被破解、周期性极弱、能生成足够随机的序列等优点。

44、加密过程中，分为置乱部分和扩散部分，置乱部分为最大化分块算法，扩散部分为异或扩散。传统的加密算法的明文敏感性极弱，而且扩散效果较弱。而本技术方案的加密效率高、鲁棒性强、加密安全性较强。

技术特征：

1.一种适用于边缘计算设备的视频加密方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种适用于边缘计算设备的视频加密方法，其特征在于，对每张图像进行加密的过程包括：

3.根据权利要求2所述的一种适用于边缘计算设备的视频加密方法，其特征在于，对图像的每个通道采用最大化分块变换进行置乱，包括：

4.根据权利要求2所述的一种适用于边缘计算设备的视频加密方法，其特征在于，对置乱后的图像进行异或扩散，包括：

5.根据权利要求4所述的一种适用于边缘计算设备的视频加密方法，其特征在于，生成一维混沌序列key_stream的过程包括：

技术总结本发明公开了一种适用于边缘计算设备的视频加密方法，包括：设置密钥；采用密钥获取一维混沌映射所需的初始参数；将需要加密的视频拆解成若干张图像；结合一维混沌映射对拆解成的若干张图像分别进行加密；将加密过的若干张图像再合成视频，得到加密视频。对每张图像进行加密的过程包括：对图像的每个通道采用最大化分块变换进行置乱，得到置乱后的图像；对乱后的图像进行异或扩散，得到扩散后的图像。本发明具有对密钥足够敏感、难以被破解、周期性极弱、能生成足够随机、加密效率高、鲁棒性强、加密安全性较强的优点。技术研发人员：陈思盈,曹亚成,范楷晢,黎炜轩,周灵志,李权俊,曾建业,蔡煜,黄骏腾,李剑锋受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29