[发明专利]选择性保留格式数据加密的方法和设备

说明书

技术领域

本发明总地涉及数据加密，尤其涉及以位流，特别是H.264位流的形式组织的数据的格式兼容加密。

背景技术

这个部分旨在向读者介绍可能与下面所述和/或要求保护的本发明的各个方面有关的现有技术的各个方面。这种讨论被认为有助于向读者提供促使人们更好理解本发明的各个方面的背景信息。于是，应该明白，这些陈述要就此而论地阅读，而不是作为现有技术的承认。

早就知道通过加密来保护视频数据，尤其在条件接入电视系统中。图1例示了内容访问控制的传统现有技术途径。首先使用标准压缩编码器编码（110）视频信号CNT，然后使用对称加密标准（如DES、AES或IDEA）加密（120）所得位流CNT′。然后由接收器接收加密位流[CNT′]，接收器解密（130）加密位流[CNT′]以获取编码位流CNT′，将编码位流CNT′解码（140）以获得至少在理论上与初始视频信号相同的视频信号CNT。在这种叫做完全分层的途径中，压缩和加密是完全独立的过程。在明文中的所有符号或位同等重要性的假设下，将媒体位流处理成经典明文数据。

当内容的发送不受约束时，这种方案是合适的，但在资源（如存储、供电或计算能力）有限的状况下，似乎是不足的。许多研究显示了图像和视频内容的具体特点：高传输速率和有限允许带宽，这证明了对于这样的内容标准加密技术是不足的。这引导研究人员去探索保护内容的新方案—名为“选择性加密”、“局部加密”、“软加密”或“感性加密”—在不解密加密子集的情况下，在所得局部加密位流无用的预期下将加密应用于位流的子集。

一种示范性途径是将内容划分成两个部分：第一部分是允许重构原始信号的可理解但低质量版本的信号的基本部分（例如，离散余弦变换（DCT）分解中的直流（DC）系数，或离散小波变换（DWT）分解中的低频层），第二部分叫做允许恢复图像的细节和重构图像的高质量版本的“增强”部分（例如，图像的DCT分解中的交流（AC）系数，或DWT分解中的高频层）。按照这种新方案，只加密基本部分，而不加密地或在一些情况下轻度加扰地发送增强部分。目的是保护内容而不是保护二进制流本身。

图2例示了按照现有技术的选择性加密。编码和解码与图1中一样地进行。在选择性加密中，取决于选择性加密参数240地加密（220）编码位流CNT′。例如，如上所述，这些参数可以表述成应该只加密DC系数或低频层，而应该使编码位流CNT′的其余部分不加密。然后，取决于选择性加密参数240地（局部）解密（230）局部加密位流[CNT′]。

应该懂得，选择性加密的目的是在达到足够的和廉价的安全的同时，减少要加密的数据量。多媒体内容的选择性加密针对视频数据、音频数据、静止图像或它们的组合。

如果使用压缩，则可以在压缩期间“压缩间”，在压缩之前“压缩前”或在压缩之后“压缩后”应用选择性加密。

WO 2010/000727和A.Massoudi、F.Lefebvre、C.De Vleeschouwer和F-O Devaux的文章“Selective Encryption of JPEG2000Compressed Images with Minimum Encryption Ratio and Cryptographic Security”（IEEE）描述了JPEG2000静止图像的选择性加密方法。基本想法是想从JPEG2000数据是均匀分布的，因此没有必要为了有效保护而加密整个数据块的事实中受益。如果使用k位加密密钥，则可以加密更少的位，恰好加密数据块的k个位是最佳的。如果加密更多的位，则蛮力破解该密钥就更加容易，如果加密更少的位，则蛮力破解加密部分就更加容易，但恰好k位恰好落在意味着它们同样硬的中间。

所述的加密方法是压缩后方案：完全（如果块长恰好是k个位）或局部加密上下文相关算术EBCOT（最佳截断的嵌入式块编码）编码数据。

WO 2009/090258描述了JPEG2000位流的保护。按照失真速率比将分组排序。然后发送器反复地用随机数据取代具有最高比率的分组，直到达到目标失真。为了使用受保护的位流，接收器向发送器请求原始分组，并用原始分组取代随机分组。目的是进行位流的选择性加密。

但是，虽然这些解决方案因EBCOT只压缩信号数据而非常适用于JPEG2000数据，但可能不怎么适合其他信号格式。