隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，多媒體（圖像，視頻等）!在通信過程中的安全性越來(lái)越引起人們的廣泛關(guān)注，為此，我們提出了量子加密技術(shù)，那么數(shù)字視頻和圖像中，量子加密技術(shù)是怎么應(yīng)用的。

一、數(shù)字視頻加密技術(shù)

1、數(shù)字視頻（圖像）編碼數(shù)據(jù)流的信源特征

適用于視頻數(shù)據(jù)的加密技術(shù)應(yīng)建立在視頻流信源特征的基礎(chǔ)上。視頻流信源特征主要有：

①數(shù)據(jù)量大；②要求實(shí)時(shí)在線處理：③一般按標(biāo)準(zhǔn)編碼，視頻流采取分層式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。各層都有明確標(biāo)志，用于解碼和檢索等；④各部分?jǐn)?shù)據(jù)的重要性不均等．部分?jǐn)?shù)據(jù)更重要。

視頻流的這些信源特征決定了其適用加密方案應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

①數(shù)字視頻（圖像）加密的計(jì)算量通常很大，又必須實(shí)時(shí)，以保證流暢。因此要求計(jì)算簡(jiǎn)捷，處理速度高；

②對(duì)全部數(shù)據(jù)加密，使視頻流中的標(biāo)志碼不能識(shí)別，無(wú)法實(shí)現(xiàn)視頻在線檢索等功能；

③沒有必要統(tǒng)一加密全部數(shù)據(jù)，僅加密部分重要數(shù)據(jù)也能達(dá)到很高的安全級(jí)。

最早的高密級(jí)視頻加密方法是對(duì)全部視頻數(shù)據(jù)流直接用密碼技術(shù)加密和解密，稱之為單純算法，國(guó)內(nèi)一般稱傳統(tǒng)加密方法。由于密碼技術(shù)已有許多安全可靠的成熟算法。以二維或多維數(shù)據(jù)表示的圖像及視頻傳輸和存儲(chǔ)肘都要映射，如編碼）變成一維數(shù)據(jù)，若不考慮具體數(shù)據(jù)特征，易于直接應(yīng)用已有的成熟密碼加密。其研究基本上屬密碼科學(xué)技術(shù)，安全性評(píng)價(jià)取決于所用密碼（在目前的圖像和視頻加密方法中安全性最高）。有些新的密碼技術(shù)用于視頻加密，在性能上有一些改進(jìn)。

但由于圖像和視頻信號(hào)數(shù)據(jù)量很大，這種方法通常計(jì)算量非常大，不僅浪費(fèi)資源，而且難以保證實(shí)時(shí)。另外，標(biāo)志信息經(jīng)加密無(wú)法識(shí)別，就不能實(shí)現(xiàn)在線處理。也留下明文攻擊隱患。

2、圖像和視頻加密方法

圖像和視頻的使用日益廣泛，使此種加密技術(shù)越來(lái)越重要。視頻加密應(yīng)具備足夠的抗攻擊能力、視覺信息應(yīng)被充分隱藏，同時(shí)，由于視頻數(shù)據(jù)量大，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)等特征。對(duì)加密方法的計(jì)算速度、編碼格式和壓縮率的影響等指標(biāo)也有要求。

（1)改變HUFFMAN碼表方法。HUFFMAN表是統(tǒng)計(jì)圖片中出現(xiàn)的灰度值（假定為灰度圖像）的概率，然后對(duì)這些值編碼而成。

（2）1MB亂序加密方法。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的編碼標(biāo)準(zhǔn)的視頻數(shù)據(jù)呈層次結(jié)構(gòu)，每幀劃分為16 x16像素的宏塊MB并按順序傳輸，接收方按此逐塊解碼恢復(fù)原視頻。若以每幀分組，以MB為基本元素亂序，速度快，不降低壓縮率、完全保持編碼格式．非法接收方也能解碼．但原視頻的形狀信息被隱藏。塊間差分的DC和預(yù)測(cè)幀運(yùn)動(dòng)矢量同時(shí)得到加密．PB幀密文完全不能理解。MB亂序加密形狀效果很好，但沒有加密紋理細(xì)節(jié)。

（3）2VLC碼字亂序加密方法。幀內(nèi)壓縮主要基于DCT和VLC等。數(shù)據(jù)一般分成8x8像素塊(BJock)，經(jīng)DCT得到8x8系數(shù)塊。每個(gè)宏塊包括四個(gè)亮度塊和兩個(gè)色差塊。一般將游程編碼與熵編碼結(jié)合進(jìn)行。每一非零DCT系數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)Event (Last．Run．Level)。每個(gè)Event經(jīng)過查表后可以得到一個(gè)VLC碼字，再將這些VLC碼宇按照得到的順序進(jìn)行傳輸。在每塊中將VLC碼宇作為基本元素亂序。若塊尾（最后一個(gè)）VLC碼字改變位置。則將其(Last)置零，而讓亂序密文的塊尾VLC碼宇改為對(duì)應(yīng)Last-l的碼宇。該算法加密紋理效果好，畫面細(xì)節(jié)、數(shù)字、字母等都無(wú)法識(shí)別，速度快、保持編碼格式，也不降低壓縮率。但是密文畫面的輪廓可能很清楚。

密鑰的安全性關(guān)系到整個(gè)加密過程的安全性，所以文中下面講到量子密鑰分配的一個(gè)重要協(xié)議-8884協(xié)議。

二、BB84t辦議

BB84協(xié)議可以理解為是單粒子的傳輸協(xié)議，前提是具有理想的單光子源，這主要是為了防止竊聽者Eve采用分束的方法對(duì)通信進(jìn)行竊聽。該協(xié)議是由C.H.Bennett和Brassard兩位科學(xué)家在1 984年提出的，為了紀(jì)念他們?cè)谶@一年的貢獻(xiàn)．而已他們的名字和時(shí)間命名該協(xié)議。

BB84協(xié)議是以光子的偏振態(tài)進(jìn)行信息編碼的。采用兩組正交偏振方向的基，一組是水平，垂直方向：另一組是45度角和135度角偏振方向，可分別標(biāo)記為：

這兩組基的選取不是任意的．首先．每組基的兩個(gè)偏振方向是正交的：其次，每組基的每一個(gè)量子態(tài)在另一組基中兩個(gè)偏振方向上是相同的。為了在下面描述該協(xié)議方便。我們標(biāo)記上述兩組基分別為0基和圓基。分別叫做加號(hào)基和乘號(hào)基。

BB84協(xié)議可以描述如下：

（1）Alice隨機(jī)選擇一組隨機(jī)數(shù)，用來(lái)表示制備量子態(tài)選用哪一組基，在這里規(guī)定．O代表0基，1代表@基。然后再選用一組隨機(jī)數(shù)表示要制備哪個(gè)量子態(tài)。即量子態(tài)li), li)表示符號(hào)o．H．lz）表示符號(hào)1．Alice將制備好的量子態(tài)通過量子信道發(fā)送出去。

(2) Bob收到Alice發(fā)送來(lái)的量子態(tài)，隨機(jī)地選擇一組測(cè)量基0或0對(duì)這個(gè)量子態(tài)進(jìn)行檢測(cè)．如果他選擇了正確的測(cè)量基，就能夠檢測(cè)出Alice發(fā)送的量子態(tài)．若選擇了錯(cuò)誤的測(cè)量基，就不會(huì)有準(zhǔn)確地檢測(cè)出Alice發(fā)送的量子態(tài)。

(3) Alice和Bob通過雙向的經(jīng)典通信來(lái)檢測(cè)Eve是否存在，并保證雙方密鑰的完全一致。這一階段包括糾錯(cuò)檢錯(cuò)，保密放大等。

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