Puzzle加密算法

随着互联网的发展，网络多媒体的应用正在变得越来越受欢迎。为保证利润或机密，必须对视频进行加密，常规的加密算法只能针对文本数据，所以很需要一个加密视频数据的特殊算法。那么我们今天就给大家介绍一个加密视频数据的特殊算法——Puzzle加密算法，算法随时都能够整合到已存在的视频系统，而不需要理会它们的具体实现。

Puzzle加密算法的原理

Puzzle加密算法的灵感得益于儿童游戏Puzzle。在Puzzle游戏里，会把一个完整的图片分解成很多无序的小片，以使小孩不能把完整的图片辨认出来。

当他们进行这个游戏的时候，必须花费很多的时间来把碎片重新组合成原始的图片。一些聪明的小孩根据不同片断的正面，甚至在没有整个原始图片的情况下就能够重构。虽然我们不能直接地把Puzzle游戏应用到加密一副图片，但是，如果我们稍微修改一下游戏规则，小孩将不能重构原始的图片。修改如下：

孩子们只能看到图片的正面，重构时没有任何关于整幅图片的线索。这样，如果n是块的数量，那么就会由n!种可能的重构。n不一定是一个很大的数量，假设一幅图片被分解成64块，那么可能的假设将会达到64！＝1.27×10⁸⁹。这么大的假设重构数量，孩子们不可能会重构出原始的图片。Puzzle加密算法由此而来。

Puzzle加密算法加密步骤

根据修改的Puzzle游戏规则，Puzzle视频加密算法包括了以下两个步骤：①分离每帧压缩视频数据；②搅乱分离视频数据的次序。步骤①相应于Puzzle游戏中把图片翻至正面。步骤②即是把视频数据分解成很多块，这些块被随机地洗牌，类似于搅乱块的正面。

1、分离每帧压缩视频数据

分离压缩视频数据是用一个小型加密算法来实现的。这种算法的基本思想是只有视频流的一小部分会用流密码来加密。另外一部分则不加以处理。过程如下：

给定一个压缩视频数据V（V1V2...V_L）的L字节长的帧（不包含帧的头部）。头部之后开始的1（1＜L）字节（V1V2...V_L）是独立的，它会用由加密键k如SEAL或者是AES－CTR的流密钥来产生1个字节键流S（S1S2...S_L）。视频数据的开始的1个字节会被作为关键流，独立于的第二个1字节。然后第二个1字节也会以相同的方式独立于第三个字节。该过程会一直重复下去直到帧的尾部。输出是L字节临时加密文本T（T1T2...T_L）。

2、搅乱分离视频数据的次序

（1）分块

对长度为L的加密文本T，把它分解成具有相同长度b的n块，是一个典型的因式分解的问题，如L＝n×b。假设两个变量（n，n）是两个常量，那么这个问题是很容易解决的。但不能通过这种方法来解决问题。如果先固定了b的值，那么可能在某些帧里b的值会很大，而某些帧的会很小，因为每个帧的长度Ｌ都是不同的。在另外一方面，n的值很大的时候，在交换块的时候将会引起一个很大的计算量。如果n的值太小，加密方案会很容易被破解。

为了解决这个问题，可以对n和n施加一些限制。块长度n应该为b＝2^m，其中m是一个整数。而n的值只能在mb和2mb之间变化，mb是一个预定义的常量。它表明了临时加密文本T应该至少被分成mb块。使用这些限制，m的值将会只是由下列的公式来唯一地确定：mb≤L／2^m＜2mb

块长度由b＝2ⁿ来确定。真正的块数量m能够由以下的公式来计算：m＝pn 如果pn为偶数，r＝o _ m=pn-2 如果pn为偶数，r≠0 ，m＝pn-1_如果pn为奇数

当pn是L／b的商，而r是L／b的余数时，上述公式将会使n的值总是偶数。这个操作对于下一步的搅乱块序是必需的。上述公式还表明如果pn是一个偶数或者r不等于零，那么在加密文本T尾部之前的一个或者两个块就可能在搅乱块次序过程中被分离出。

（2）乱序

块乱序的基本思想是加密文本T的n个块被分成两个相等的部分：顶部和底部。每个部分都包括了n／2个块。两个部分都可以根据排列P＝P1P2..P_L／2相互修改。该排列是从随机的顺序中继承过来的，它用来防止攻击者猜测出块的原始位置。为了使该算法更加有效，可以重用了在分离步骤中为了产生排列而生成的键流S=S1S2...S_L。每个视频帧的键流S都是不同的，所以不同帧的排列也是截然不同的。当排列已经是可用的时候，可以通过把i^h个块与临时加密文本T的P_i^th个块交换，从临时加密文本T=T1T2...T_L里产生出加密文本C＝C1C2...C_L。一个很小的例子被用来解释搅乱块次序的过程。假定临时加密文本T被分解成256个块B1B2B256.从键流S继承过来的排列，产生的结果显示在下图中。

3、编码和解码

编码和解码过程上述Puzzle加密算法的部分编码过程总结如下。

加密文本能够通过相反的解码操作，在接收端重构原始的压缩视频序列。

Puzzle加密算法实现了很快的加密速度，并保持在一个适当的安全水平上，这样就可以适应现在大部分的多媒体应用需求，特别是高分辨率视频流。

企业为什么选择加密系统来防止数据泄露

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