CN102214282A - 一种适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，包括以下步骤：在非便携式计算机系统端(如台式机、服务器、工作站、高性能嵌入式计算机等性能较高的计算机设备)对多媒体文件进行安全处理；将处理结果下载到便携式系统端；以及由便携式系统端还原多媒体文件。本发明有益效果：本发明可以有效地保护便携式系统中多种类型与格式的多媒体文件，安全程度可调，运算量小，破解难度大。

Description

一种适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法。

背景技术

目前，便携式系统内的多媒体文件(以下所说的多媒体数据文件包括图像/图形文件、音频文件、视频文件等)安全性逐步引起广泛的重视，越来越多的厂商需要对存储在便携式系统内的多媒体数据文件采用各种保护措施，以避免数据被恶意用户盗用。

2005年公开的中国专利申请号为200310111168.1的发明专利“将文件分割存储和还原处理的方法和系统”需要使用的认证码包括了存储设备的硬件序列号、标准算法代码等内容。由主机根据认证码将文件分割成两块并存储到两个不同的存储设备上；然后使用一台主机对两个存储设备上的文件进行还原。由于文件的还原操作必须在同一台主机上执行、必须是既定的存储设备，因此该方法适用于主机上文件的分割与保护，但不适用网络环境下文件提供商向广大的便携式系统用户分发需要保护的文件的需求。因为便携式系统用户不可能使用文件提供商的主机来还原文件。另一方面，便携式系统用户对文件的还原操作都希望由便携式系统本身来完成，但由于便携式系统的CPU类型与操作系统千差万别，不可能都能正确执行认证码中的标准算法代码来还原文件，因此该方法不适用于网络环境下便携式系统中文件的保护。

2007年专利专利申请号为200710176678.5的发明专利“一种基于分数阶傅立叶变换的双图加密方法”通过对图像数据本身进行处理实现将两幅图像加密为一幅图像的目的。运算量随着图像尺寸的增加而急剧增加，并且只适用于图像文件的保护，不能满足对实时性要求较高的便携式系统用户对各种多媒体数据文件使用的需求。

2007年中国专利申请号为200710132042.0的发明专利“H.264中基于变换域的DCT系数分层置乱方法”需要对图像数据本身进行信息抽取和加密，运算量随着图像尺寸的增加而急剧增加，并且只适用于图像文件的保护，不能满足对实时性要求较高的便携式系统用户对各种多媒体数据文件使用的需求。

2010年中国专利申请公开的申请号为201010177099.4的发明专利“文件混序分割存储与合成互验的方法”需要对文件进行混序、加密与合成互验操作。这些操作的运算量随着文件尺寸的增加呈指数增长，不适用于文件尺寸较大的多媒体文件的保护，更不适用于计算资源有限的便携式系统中的大尺寸多媒体文件的保护，尤其是不能满足对实时性要求较高的便携式系统用户对多媒体数据文件使用的需求。

2010年公开的中国专利申请号为200910023657.9的发明专利“图片数据加解密方法及其系统”需要对图片数据本身进行加解密，运算量随着数据尺寸的增加而增加，并且只限于图片数据的保护，不能应用到音/视频等数据的保护上。

除上述对文件进行切割和加密的方法外，还有一类是基于DRM(数字权限管理)的技术，由于这类技术的相关专利非常多，在此就不一一列举了。这类方法有一个共同的特点：就是需要对内容本身进行加密，运算量是很大的，随着文件尺寸的增加而增加。

上述方法在所采用的密码算法确定时，文件的安全程度就确定了，比较适合于安全级别较高并且安全级别单一的文件的保护措施，但对于有着安全级别需要灵活调节的保护需求，并且文件数量或文件尺寸较大时，尤其是文件提供商向广大便携式系统用户发布时，这些方法的效率就比较低了，不利于多媒体文件的广泛发布，也不能满足因文件安全程度不同而需要灵活调整安全级别的需求，而且也不利于在计算资源相对有限的便携式系统端保护大量的多媒体文件。因此，如何兼顾便携式系统中多媒体文件的安全性、安全级别的可调整性、用户操作的实时性以及网络的可发布性是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，克服现有方法中效率低，不利于多媒体文件的广泛发布，也不能满足因文件安全程度不同而需要灵活调整安全级别的需求，而且也不利于在计算资源相对有限的便携式系统端保护大量的多媒体文件的不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，包括以下步骤：在非便携式计算机系统端(如台式机、服务器、工作站、高性能嵌入式计算机等性能较高的计算机设备)对多媒体文件进行安全处理；将处理结果下载到便携式系统端；以及由便携式系统端还原多媒体文件。

所述的在非便携式计算机系统端安全处理多媒体文件包括：

a、切割多媒体文件：根据多媒体文件的保护等级采用不同的切割粒度，并根据多媒体文件的类型选择不同的切割软件和切割方法，切割多媒体文件后产生若干切片，每一个切片都采用其在原始多媒体文件中的相对位置进行命名；

b、重命名切片与建立映射：对所有的切片文件采用互不相同的随机数进行重命名，同时建立一个或多个映射文件，映射文件用以存放切片文件被重命名后的随机数名称与切片文件被重命名前的相对位置名称之间相对应的映射关系；

c、加密映射文件：采用国际通用的、安全性较高的对称密码算法或非对称密码算法对映射文件进行加密；

d、加入扰乱切片；将若干与原始多媒体文件无关的扰乱切片文件加入到原始切片所在目录下，这些扰乱切片文件同样采用随机数进行命名，但只是简单地与原始切片文件放在一起，其名称不加入到映射文件中；

e、下载经过安全处理后的结果：通过物理连接如网络等将加密后的映射文件和所有的原始切片与扰乱切片从非便携式计算机系统端都拷贝到便携式系统的外存中。

在便携式系统端还原多媒体文件包括：

a、解密映射文件：采用与安全处理工作中相同的对称密码算法和密钥(或者是相同的非对称密码算法和私钥)对映射文件进行解密，解密的结果存放在便携式系统的内存中。由于解密结果直接关系到多媒体文件的安全性，因此解密结果必须存放到内存中，而不能存放到外存中，以防止被恶意用户直接拷贝下来；

b、拼接出原始的多媒体文件；根据映射文件中切片的位置信息在内存中拼接出原始多媒体文件。

在多媒体文件的还原过程中，需要严格区分内存与外存的用途，只有加密的映射文件和切片文件才存放在便携式系统端的外存上，其它的临时运算信息和运算结果都存放在内存中，以防止被恶意用户直接拷贝。

本发明的有益效果：

安全程度可调：在确保映射文件安全性的前提下，通过调整切割粒度和加入扰乱切片的数目可以使原始多媒体文件受保护的程度发生改变，数目越大，安全程度就越高。

运算量小：仅对尺寸很小的映射文件进行加密，并不涉及尺寸很大的多媒体信息本身的处理，因此在进行加/解密运算时，运算量和延时要比对多媒体文件本身进行加/解密要小的多。

破解难度大：本发明的破解点主要有两处，一处是对加密的映射文件进行破解，另一处是对切片文件直接强行组合或拼接来进行破解。对于第一处破解点，由于采用的是国际通用的加/解密算法，因此可以说破解难度是很大的，可以不予以考虑。对于第二处破解点，在映射文件内容不被破解的前提下，如果切片数目较多或者扰乱切片较多，对切片组合或拼接的结果是否就是原始多媒体文件可以通过人工方式判断，也可以通过软件自动判断。由于切片数目众多，其组合方式将是一个很大的数目，特别是扰乱切片的加入，不但急剧增加了切片组合的数目，还使得组合结果的正确性也受到了很大影响，因此本发明将极大地增加恶意用户的破解代价。特别的是，如果便携式系统中所用到的多媒体文件的安全级别不高，用较小的代价就可以通过公开、合法的渠道获得或自行制作，那么破解这样的多媒体文件所付出的代价将远远大于重新制作多媒体数据文件的代价，这对破解者来说就很不值得，从而很好地实现了保护多媒体文件的目的；

不限定多媒体数据文件的类型与格式：各种格式的图形/图像文件、音频文件、视频文件等多媒体文件都能使用本方法进行保护。

鉴于上述特点，使得本发明既能满足文件提供商向网络发布安全级别可变的多媒体文件的要求，也能够在硬件资源相对有限的便携式系统端高效地满足对数量或尺寸较大的多媒体文件的保护要求，尤其适合于保护存放于便携式系统外存中的安全级别不高的应用如旅游类的多媒体文件。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的一种适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法的具体实例的过程示意图。

具体实施方式

本发明实施例所述的一种适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，包括以下步骤：在非便携式计算机系统端(如台式机、服务器、工作站、高性能嵌入式计算机等性能较高的计算机设备)对多媒体文件进行安全处理；将处理结果下载到便携式系统端；以及由便携式系统端还原多媒体文件。

在非便携式计算机系统端安全处理多媒体文件包括：

1、确定原始文件的安全级别与切割粒度：

首先要确定多媒体文件的安全级别，不同的安全级别需要采用不同的切割粒度，并在多媒体处理软件或自行开发的软件中设置切割粒度相关的参数。对安全性要求越高的多媒体文件，对其进行切割的粒度就应当越小；而安全性要求低的，为了提高切片拼接的效率，则切割粒度就可以设置的比较大，切割所得到的切片文件数目就会比较少。不同的应用领域可以设置不同的安全级别与切割粒度之间的对应关系，本发明不在此做明确定义。

2、切割工具与切割方法的选择：

对不同类型的原始文件进行切割时需要选择不同的多媒体处理软件，并采用不同的切割方法。对于图像/图形文件，可以采用图像处理软件如photoshop或者自行开发的软件，切割的方法是二维切割方法，即将原始文件分割按横/纵坐标两个方向按照x*y像素(x，y为像素的数目)的粒度(即二维切割粒度)切割成M*N个切片，每个切片的像素尺寸都是x*y像素；对于音/视频文件，可以采用已有的音/视频处理软件或者自行开发的软件，切割的方法是一维切割方法，即将待切割文件看着是一个二进制序列，按照固定的块(即一维切割粒度)大小进行切割。

3、对切片文件采用位置命名：

对于采用二维切割方法所产生的M*N个文件切片，每一个切片文件按照其横/纵坐标命名如m_n或m_n.filetype，m＝1，2，…M；n＝1，2，…N；对于采用一维切割方法所产生的N个文件切片，则按照切割时间先后顺序使用i或i.filetype方式命名，i＝1，2，……N。举个图像文件的二维切割的例子：将一个像素尺寸为240*300的图像文件a.jpg沿横/纵坐标方向以60*60像素的粒度进行切割，切割成4行*5列共20个切片，每个切片文件的名称都是依照该切片在原始图像文件中的位置坐标来命名的，如位于原始图像文件中第1行第5列位置的切片文件名称就是01_05.jpg，依此类推；

4、切片名称映射与重命名：

使用随机数发生器生成与切片数目相同的随机数，这些随机数各不相同。使用这些随机数对每一个切片重新进行命名，同时建立一个或多个反映切片的位置名称与随机数名称之间映射关系的XML映射文件如map_i.xml(i＝1，2，…)，比如01_05.jpg切片的名称重新命名为2762.jpg，02_04.jpg切片的名称重新命名为9473.jpg等。与此同时，在映射文件map.xml中建立与之对应的多个映射项，如下所示：

………

01_05：2762；

…….

02_04：9473；

………

为了增强映射文件的安全性，还可以在文件中加入一些无效的映射项来改变文件的长度。

5、加密映射文件：

对映射文件map.xml进行加密，加密算法可以采用国际上通用的对称密码算法或非对称密码算法，如AES、椭圆曲线加密算法等；密钥长度视安全程度来定，安全要求越高的，所采用的密钥长度越大。另外，在使用多个映射文件map_i.xml(i＝1，2，…)存储随机数与切片位置的映射信息时，为了进一步增强安全性，不同的map.xml可以选择采用不同的密码算法和密钥进行加密。

6、加入扰乱切片：

在多媒体文件安全性要求较高的情况下，还需要加入扰乱切片。扰乱切片的来源没有具体限制，一种快速方便地获取扰乱切片的做法就是将其他类型相同(比如都是图像文件)甚至内容有点相似的多媒体文件的一些切片作为扰乱切片；还有一种做法就是采用多媒体处理软件在原始文件中加入一些扰乱的数据，比如在photoshop软件中使用画笔等随意涂抹一个图像文件，或者将一些噪声信息随意加入现有的文件中，然后就是对这些被扰乱的多媒体文件进行切割，并将其中部分切片作为扰乱切片。

实施本步骤有三点需要注意：一是扰乱切片仍然以随机数命名，并且这些随机数与步骤四中的切片名称都不重复；二是切片的内容尽量与原始切片信息相似，但不能相同；三是扰乱切片数目没有限制，可以为零，也可以是较大数目。在多媒体文件的安全等级较高时，可以尽量选择内容相似的扰乱切片，并且扰乱切片的数量比较大。

7、拷贝或下载过程：

建立台式机或服务器端与便携式系统端的物理连接，如无线/有线的网络连接、USB连接线等，将多个重命名后的原始切片、扰乱切片和加密后的映射文件直接或以压缩包的方式，通过网络下载或者直接拷贝到便携式系统的外存中。需要注意的是，原始多媒体文件是禁止被拷贝或下载到便携式系统端的。

8、断开物理连接：

拷贝或下载过程结束后，断开台式机或服务器端与便携式系统之间的物理连接(无线或有线)。

至此，经过上述多个步骤，多媒体文件的安全处理工作就完成了。其中前六个步骤都是完全在台式机或服务器端执行的。

多媒体文件还原工作的具体实施步骤如下：

1、解密：

读取位于外存上的一个或多个map_i.xml(i＝0，1，2…)文件，并采用与安全处理工作的步骤五中相同的加密算法和密钥来对其进行解密，解密的结果存放到内存中，不在外存中进行存储；

2、获取映射信息与拼接：

根据解密后map.xml文件中的映射项，获取所有非扰乱性的切片在原始多媒体文件中的一维或二维位置的信息，并计算出相对于初始切片存放位置的相对偏移位置，这些相对偏移位置还需要与切割粒度所占内存大小进行相乘才能得出最终的内存偏移量，根据这些内存偏移量信息将非扰乱性的切片加载到内存中适当的位置处进行拼接，从而在内存中恢复出原始的多媒体数据文件。需要说明的是，如果多媒体文件较大，则只需恢复当前需要使用的部分原始多媒体文件信息，不必一次性地将所有的切片都载入内存。随着被使用信息的更新，对应的切片信息也不断地被动态地载入内存中。

以下将结合图和具体实施过程对本发明做举例说明：

为进一步说明本发明，特举实例如下。但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。

说明1：为便于说明，假定需要处理的对象是一个名为“a.jpg”的jpg类型的图像文件，文件的尺寸是240*320像素；

说明2：假定a.jpg文件的安全级别较低，则可以以“80*80像素”的粒度进行切割；如果a.jpg文件的安全级别比较高，则可以将切割粒度调整为“20*20像素”甚至更小的切割粒度。在本例中将以“80*80像素”的粒度进行切割；

在安全处理工作中，对文件a.jpg处理过程见图1，说明如下：

步骤一、二、三：在台式机或服务器上使用图像处理软件如photoshop等将原始图像文件a.jpg按“80*80像素”的粒度切割成3*4个切片，每一个切片按照m_n.jpg的方式进行命名(m＝1，2，3；n＝1，2，3，4)，切片的初始命名情况见图1；

步骤四：建立一个映射文件map.xml，并对切片文件重新进行命名；

步骤五：采用AES密码算法和一个128位长的密钥“FA35BCCD1234567887654321FA35BCCD”对映射文件map.xml进行加密；

步骤六：由于a.jpg的安全级别较低，所以未加入扰乱切片；

步骤七：建立台式机与便携式系统端的物理连接如USB连接或网络连接，将12个重命名后的切片文件和加密后的map.xml文件拷贝或下载到便携式系统端。

步骤八：断开物理连接，此时便携式系统端就可以独立的使用切片文件了。

在便携式系统端进行多媒体文件的还原工作过程说明如下：

步骤一：将存储在便携式系统外存上的map.xml映射文件采用AES算法和相同的密钥“FA35BCCD1234567887654321 FA35BCCD”来对其进行解密，解密的结果存放到内存中；

步骤二：根据解密后map.xml文件中的映射项，计算342.jpg文件的相对偏移位置为0，113.jpg文件的偏移量为一个80*80像素所占内存大小，以此类推，最终在内存中恢复了原始图像文件a.jpg。

Claims (10)

1.一种适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在非便携式计算机系统端对多媒体文件进行安全处理；

将处理结果下载到便携式系统端；以及

由便携式系统端还原多媒体文件。

2.根据权利要求1所述的适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，其特征在于：所述的在非便携式计算机系统端对多媒体文件进行安全处理的结果由切片文件和映射文件组成；切片文件的位置信息与名称信息的映射关系都保存在映射文件中，并且映射文件被加密处理。

3.根据权利要求2所述的适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，其特征在于：所述的由便携式系统端还原多媒体文件同时使用解密后的映射文件内容和切片文件。

4.根据权利要求1-3任一项所述的适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，其特征在于，所述的在非便携式计算机系统端对多媒体文件进行安全处理包括以下步骤：根据多媒体文件的保护等级采用不同的切割粒度，并根据多媒体文件的类型选择不同的切割软件和切割方法，切割多媒体文件后产生若干切片，每一个切片都采用其在原始多媒体文件中的相对位置进行命名；在原始切片所在目录下放入一些扰乱切片，扰乱切片的内容与数目可调。

5.根据权利要求4所述的适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，其特征在于，所述的在非便携式计算机系统端对多媒体文件进行安全处理进一步包括以下步骤：采用互不相同的随机数对所有的切片文件进行重命名，同时建立一个或多个映射文件，用以存放切片文件的随机数名称与其相对位置的映射关系。

6.根据权利要求5所述的适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，其特征在于，所述的在非便携式计算机系统端对多媒体文件进行安全处理进一步包括以下步骤：采用国际通用的对称密码算法或非对称密码算法对映射文件进行加密。

7.根据权利要求6所述的适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，其特征在于，所述的在非便携式计算机系统端对多媒体文件进行安全处理进一步包括以下步骤：将一些与原始多媒体文件无关的切片文件拷贝到原始切片所在目录下。

8.根据权利要求7所述的适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，其特征在于，所述的将处理结果下载到便携式系统端包括以下步骤：通过物理连接如网络将加密后的映射文件和所有的原始切片和扰乱切片从非便携式计算机系统端都拷贝到便携式系统的外存中。

9.根据权利要求8所述的适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，其特征在于，所述的由便携式系统端还原多媒体文件包括以下步骤：解密映射文件，所述解密映射文件采用采用与安全处理过程中相同的密码算法和密钥对外存上的映射文件进行解密。

10.根据权利要求9所述的适合于便携式系统中多媒体数据文件的保护方法，其特征在于，所述的由便携式系统端还原多媒体文件进一步包括以下步骤：拼接出原始的多媒体文件：根据解密后的映射文件的内容将外存上的所有或部分原始切片载入到内存中进行拼接。

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