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基于ARM和混沌加密的网络视频监控系统设计

作　者: 杨健
导　师: 王光义
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 混沌混沌密码网络视频监控视频加密混沌数字序列
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 33次
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内容摘要

随着信息技术的快速发展,安全问题得到人们越来越多的重视。作为安全产业重要的组成部分,视频监控在国防建设、智能交通、家庭安防等诸多领域应用广泛。视频监控技术历经模拟监控、数字监控到目前最新的网络监控技术,正在朝着数字化、网络化的方向发展。信息安全的保障是科技发展中不可避免的重要课题,密码学的兴起正是为了研究通过对信息进行加密处理从而保障信息的安全。在一些敏感场所如银行、家庭、军事等进行监控,由于监控信息只对指定的授权用户开放,因此需要对监控信息进行加密处理。在视频等数据量大的信息加密技术研究中,序列密码算法正逐步取代传统高强度的密码算法,在安全性得以保证的前提下可获得更高的实时性。混沌密码算法作为一门新兴的密码学分支,凭借其极端的参数敏感性、快速的序列生成方式正在逐渐引起人们的重视。在这样的应用背景下,本文将网络视频监控和混沌密码算法相结合,设计了一个基于ARM的混沌加密网络视频监控系统。将混沌密码算法应用在视频监控中,提高被监控信息的安全性。主要工作包括以下几个方面：(1)论述了密码学和混沌密码学基本理论,主要研究了混沌与密码学之间的联系。并通过对Logistic混沌系统的分析说明了混沌的基本特性。在此基础上,研究了混沌序列密码算法的实现过程,为将混沌密码算法应用于视频信息加密奠定理论基础。(2)在Lorenz混沌系统基础上提出了一个改进的混沌系统模型,并对该模型进行了包括耗散性、平衡点、分岔图和Lyapunov指数等方面的动力学分析。基于该混沌系统设计了一个混沌伪随机序列发生器,并对该发生器产生序列的性能使用美国国家标准与技术委员会(NIST)提供的测试标准进行了测试。通过在DSP系统上使用该混沌系统产生的混沌序列对语音数据进行加密,验证了该序列的加密性能。(3)在ARM硬件平台上基于Linux操作系统完成了网络视频监控的设计实现。包括嵌入式Linux系统的移植、文件系统构建、设备驱动的实现、网络服务器的加载。系统采用USB摄像头,具有即插即用的特点。通过V4L编程获取视频数据,对图像进行压缩编码以减少数据冗余度,利用TCP/IP协议实现图像的传输。在信息安全方面通过对图像数据的分析实现了图像数据的混沌加解密算法,并验证了该算法的加密效果。视频监控端基于浏览器设计了监控的登录页面和视频监控页面,使用CGI技术实现了监控端和采集端的逻辑交互。(4)对该网络视频监控系统进行了功能逻辑验证,并对系统的安全性从系统密钥空间和密钥敏感性角度做了性能分析。结果显示,该系统具有使用方便、安全性高、界面友好等特点,适合于一般安全监控领域使用。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-16
  1.1 研究背景与意义  11-12
  1.2 研究现状及发展趋势  12-13
    1.2.1 视频监控系统现状及发展趋势  12-13
    1.2.2 视频加密算法现状及发展趋势  13
    1.2.3 混沌密码算法在视频加密中的应用  13
  1.3 本文的主要研究内容  13-15
  1.4 本文的结构安排  15-16
第二章密码学基础与混沌密码学  16-25
  2.1 密码学的基本概念和分类  16-18
    2.1.1 密码学概述  16
    2.1.2 密码学基本概念  16-17
    2.1.3 密码体制的分类  17-18
  2.2 混沌理论基础  18-22
    2.2.1 混沌的定义  18-19
    2.2.2 混沌的主要特征  19-20
    2.2.3 混沌的判定  20-21
    2.2.4 混沌系统示例  21-22
  2.3 混沌理论与密码学的关系  22
  2.4 混沌序列密码  22-24
    2.4.1 序列密码的概念  22-23
    2.4.2 混沌序列密码  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章一个改进的混沌系统及混沌伪随机序列发生器设计  25-34
  3.1 一个改进的三维混沌系统及动力学分析  25-28
    3.1.1 一个改进的三维混沌系统  25
    3.1.2 基本动力学分析  25-27
    3.1.3 Lyapunov指数、分岔图和吸引子相图  27-28
  3.2 混沌伪随机序列发生器的构建及序列测试  28-32
    3.2.1 混沌伪随机序列发生器构建  29
    3.2.2 数字混沌序列的性能测试  29-32
  3.3 混沌序列在语音数据中加密的效果  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章混沌加密网络视频监控系统方案设计  34-65
  4.1 监控系统整体设计方案  34-35
  4.2 监控系统开发环境介绍  35-47
    4.2.1 ARM处理器及嵌入式Linux操作系统介绍  35-37
      4.2.1.1 ARM处理器介绍  35-36
      4.2.1.2 嵌入式Linux操作系统介绍  36-37
      4.2.1.3 ARM和Linux的结合  37
    4.2.2 Linux系统的移植与启动  37-41
      4.2.2.1 Bootloader的启动  37-39
      4.2.2.2 Linux内核移植  39-40
      4.2.2.3 嵌入式文件系统实现  40-41
    4.2.3 网卡驱动的实现  41-44
      4.2.3.1 Linux设备驱动程序  41-42
      4.2.3.2 Linux系统的网络架构  42-43
      4.2.3.3 CS8900网卡驱动实现  43-44
    4.2.4 USB摄像头驱动的实现  44-45
      4.2.4.1 USB设备驱动  44
      4.2.4.2 USB摄像头的驱动实现  44-45
    4.2.5 嵌入式Web服务器的实现  45-47
      4.2.5.1 嵌入式Web服务器的工作原理  45-46
      4.2.5.2 嵌入式Web服务器Boa的移植  46-47
  4.3 视频图像的采集、加密与传输  47-58
    4.3.1 视频图像的采集  47-49
      4.3.1.1 V4L介绍  47
      4.3.1.2 V4L视频采集的实现  47-49
    4.3.2 视频图像的压缩  49-51
    4.3.3 图像的混沌加密和解密算法  51-54
      4.3.3.1 混沌序列的抽取  51-52
      4.3.3.2 加密算法实现  52-53
      4.3.3.3 解密算法实现  53-54
    4.3.4 图像的传输  54-58
      4.3.4.1 TCP/IP协议概述  54-55
      4.3.4.2 SOCKET网络编程  55-56
      4.3.4.3 视频数据发送  56-58
  4.4 浏览器端监控的实现  58-61
    4.4.1 HTTP协议概述  58-59
    4.4.2 监控端登录界面  59-60
    4.4.3 监控端视频信息的接收  60-61
      4.4.3.1 Java Applet的应用  60-61
      4.4.3.2 监控页面的实现  61
  4.5 视频监控端和采集端交互的实现  61-64
    4.5.1 CGI技术  61-62
    4.5.2 视频监控端和采集端交互逻辑  62-63
    4.5.3 视频监控端和采集端参数的安全传输  63-64
  4.6 本章小结  64-65
第五章系统试验结果及安全性分析  65-71
  5.1 系统测试环境  65-66
  5.2 系统功能测试  66-69
  5.3 系统安全性能分析  69-70
  5.4 本章小结  70-71
第六章总结与展望  71-73
  6.1 研究工作总结  71-72
  6.2 研究展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-80
附录  80

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