CN104284208A - 通过aes-cbc算法进行并行加密的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及视频加密领域，特别是涉及一种通过AES-CBC算法进行并行加密的方法及系统。其中，并行加密的方法包括：a，将所述传输流视频文件切割为n个子视频块；b，选择密钥；c，确定长度188字节与长度a的最小公倍数b；d，插入填充部分；e，对各子视频块独立并行加密；f，组成密文块。本发明通过填充部分的尾部用作一个子视频块的前缀部分来作为初始化向量IV，填充部分的头部用作前一个子视频块的后缀部分，以使得填充后各子视频块的长度为kb。因此每个子视频块均不依赖前面的子视频块来产生初始化向量IV，使得各子视频块可以分开独立的并行加密。加密完成后的各子视频块合并为一个完整的加密文件，从而完成对TS视频文件的加密。
Description
技术领域
本发明涉及视频加密领域，特别是涉及一种通过AES-CBC算法进行并行加密的方法及系统。
背景技术
传输流(Transport Stream)，一般称为TS。TS视频文件是分包发送的，每一个包长为188字节。包的结构为，包头为4个字节，负载为184个字节。TS视频文件主要应用于实时传送的节目，比如实时广播的电视节目。
传输流(Transport Stream)，一般称为TS。TS视频文件是分包发送的，每一个包长为188字节。包的结构为，包头为4个字节，负载为184个字节。TS视频文件主要应用于实时传送的节目，比如实时广播的电视节目。
AES(Advanced Encryption Standard)加密算法，又称Rijndael加密法，是一种区块加密标准，AES有不同的工作模式。其中，CBC(Cipher BlockChaining)称为密码块链接，如图1所示，AES-CBC算法中，前一个块的加密结果被反馈到当前块的加密中，换句话说，每一个块被用来修改下一个块的加密，这样使得当同一个明文块重复出现时产生不同的密文块。每个加密块不仅依赖于产生它的明文块，而且依赖于所有前面的明文块。以128bit密钥算法为例。明文块需要分为128bit，也就是16字节的明文块。每一个明文块加密需要依赖：16字节密钥，上一个明文块加密后的密文块(用于初始化向量IV)，本明文块的明文。该算法导致所有明文块上下依赖，无法将TS视频文件分为几个部分，用多线程或多台机器并行加密，导致加密等待时间较长。
发明内容
本发明的目的是要提供一种能够对传输流视频文件即TS视频文件并行加密的技术，来缩短TS视频文件的加密时间。
特别地，本发明提供了一种通过AES-CBC算法进行并行加密的方法，用于对传输流视频文件进行并行加密，包括如下步骤：
a，将所述传输流视频文件切割为按播放顺序排列的n个长度为L的子视频块，n为整数，且n≥2；
b，选择一长度为a的密钥；
c，为避免跨界，确定长度188字节与长度a的最小公倍数b；
d，在相邻的所述各子视频块首尾之间插入由一个或多个传输流包组成的填充部分；其中，所述填充部分由长度为a的头部和长度为(kb-a-L)的尾部组成，所述尾部用作一个所述子视频块的前缀部分来作为初始化向量IV，所述头部用作前一个所述子视频块的后缀部分，并且将首个子视频块上填充一长度为(kb-a-L)前缀部分作为该首个子视频块的初始化向量IV，在末尾子视频块填充一长度为a的后缀部分，以使得填充后各子视频块的长度为kb，k为整数；
e，使用所述密钥对各所述子视频块独立并行加密，分别形成各所述子视频块对应的各密文块；
f，将各所述密文块按所述播放顺序连接在一起组成所述传输流包视频文件的密文块。
进一步地，在步骤a中，选择所述子视频块的数量n为并行加密的线程数。
进一步地，在解密时，根据所述各密文块的4个包头字节来判断该4个包头字节是否属于传输流包，若是则抛弃后面的184个字节。
进一步地，所述密钥的长度选择为128bit、192bit或256bit。
进一步地，所述各传输流包各不相同。
本发明还提供一种通过AES-CBC算法进行并行加密的系统，用于对传输流视频文件进行并行加密，包括：
视频分割模块，将所述传输流视频文件切割为按播放顺序排列的n个长度为L的子视频块，n为整数，且n≥2；
密钥选择模块，选择一长度为a的密钥；
填充模块，用于根据确定长度188字节与长度a的最小公倍数b；并在相邻的所述各子视频块首尾之间插入由一个或多个传输流包组成的填充部分；其中，所述填充部分由长度为a的头部和长度为(kb-a-L)的尾部组成，所述尾部用作一个所述子视频块的前缀部分来作为初始化向量IV，所述头部用作前一个所述子视频块的后缀部分，并且将首个子视频块上填充一长度为(kb-a-L)前缀部分作为该首个子视频块的初始化向量IV，在末尾子视频块填充一长度为a的后缀部分，以使得填充后各子视频块的长度为kb，k为整数；
子视频块加密模块，使用所述密钥对各所述子视频块独立并行加密，分别形成各所述子视频块对应的各密文块；
合并模块，用于将各所述密文块按所述播放顺序连接在一起组成所述传输流包视频文件的密文块。
进一步地，所述子视频块的数量n与并行加密的线程数相同。
进一步地，所述密钥的长度选择为128bit、192bit或256bit。
进一步地，所述各传输流包各不相同。
进一步地，还包括解密模块，所述解密模块在解密时，根据所述各密文块的4个包头字节来判断该4个包头字节是否属于传输流包，若是则抛弃后面的184个字节。
本发明的方法和系统，通过将TS视频文件分为多个子视频块，在相邻的各子视频块首尾之间插入由一个或多个传输流包组成的填充部分，填充部分由长度为a的头部和长度为(kb-a-L)的尾部组成，所述尾部用作一个所述子视频块的前缀部分来作为初始化向量IV，所述头部用作前一个所述子视频块的后缀部分，并且将首个子视频块上填充一长度为(kb-a-L)前缀部分作为该首个子视频块的初始化向量IV，在末尾子视频块填充一长度为a的后缀部分，以使得填充后各子视频块的长度为kb。这样，每个子视频块均不依赖前面的子视频块来产生自己的初始化向量IV，使得各子视频块可以分开独立的并行加密。加密完成后的各子视频块合并为一个完整的加密文件，从而完成对TS视频文件的加密。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是AES-CBC算法的加密示意图；
图2是本发明一个实施例的使用TS包对子视频块进行填充的示意图；
图3是本发明一个实施例的对TS视频文件并行加密的方法流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种通过AES-CBC算法进行并行加密的方法，用于对传输流视频文件进行并行加密，包括如下步骤：
a，将所述传输流视频文件切割为按播放顺序排列的n个长度为L的子视频块，n为整数，且n≥2。
b，选择一长度为a的密钥。
c，为避免跨界，确定长度188字节与长度a的最小公倍数b。
d，在相邻的所述各子视频块首尾之间插入由一个或多个传输流包组成的填充部分；其中，所述填充部分由长度为a的头部和长度为(kb-a-L)的尾部组成，所述尾部用作一个所述子视频块的前缀部分来作为初始化向量IV，所述头部用作前一个所述子视频块的后缀部分，并且将首个子视频块上填充一长度为(kb-a-L)前缀部分作为该首个子视频块的初始化向量IV，在末尾子视频块填充一长度为a的后缀部分，以使得填充后各子视频块的长度为kb，k为整数。
e，使用所述密钥对各所述子视频块独立并行加密，分别形成各所述子视频块对应的各密文块。
f，将各所述密文块按所述播放顺序连接在一起组成所述传输流包视频文件的密文块。
根据该实施例，本发明通过将TS视频文件分为多个子视频块，在相邻的各子视频块首尾之间插入由一个或多个传输流包组成的填充部分，填充部分由长度为a的头部和长度为(kb-a-L)的尾部组成，所述尾部用作一个所述子视频块的前缀部分来作为初始化向量IV，所述头部用作前一个所述子视频块的后缀部分，并且将首个子视频块上填充一长度为(kb-a-L)前缀部分作为该首个子视频块的初始化向量IV，在末尾子视频块填充一长度为a的后缀部分，以使得填充后各子视频块的长度为kb。这样，每个子视频块均不依赖前面的子视频块来产生自己的初始化向量IV，使得各子视频块可以分开独立的并行加密。加密完成后的各子视频块合并为一个完整的加密文件，从而完成对TS视频文件的加密。
图2是本发明一个实施例的使用TS包对子视频块进行填充的示意图。如图2所示，一个TS视频文件被切割为子视频块1、子视频块2和子视频块3这三个子视频块，在图2中2个TS包对上述三个子视频块进行填充，在其它实施例中，子视频块1与子视频块2之间、子视频块2与子视频块3也可以设置多于两个的TS包，其原理与子视频块1与子视频块2之间、子视频块2与子视频块3设置一个TS包的原理相同，故下文即以图2为例进行原理叙述。在图2中，TS包1由头部1和尾部1组成，TS包2由头部2和尾部2组成。头部1和头部2分别用作子视频块1和子视频块2的后缀部分。尾部1和尾部2分别用作子视频块2和子视频块3的前缀部分。在一个实施例中，上述TS包1和TS包2各不相同。至少地，尾部1与尾部2各部相同，这样才能使填充后的子视频块2和子视频块3将产生不同的密文块来达到AES-CBC算法当同一个明文块重复出现时产生不同密文块的目的。
图3是本发明一个实施例的对TS视频文件并行加密的方法流程图。如图所示，TS视频文件即明文块被分割为明文块0、明文块1、明文块2、明文块3……多个子明文块。多个明文块经加密器与密钥分别加密而形成密文块0、密文块1、密文块2、密文块3……多个子密文块，多个子密文块经合并而形成一个完整的密文块。作为一个原则，选择所述子视频块的数量n应与并行加密的线程数相同，这样才能起到快速加密的目的。
在本发明的一个实施例中，所述密钥的长度选择为128bit、192bit或256bit。下面以密钥的长度a选择为128bit即16字节来做说明。根据协议，TS视频文件有效长度应为188字节的整数倍。考虑到188与16的最小公倍数为188*4＝752字节。未避免跨界，各子视频文件加上填充部分后，长度应为752字节的整数倍。
将TS视频文件根据并行的数量切割，每个子视频块的长度L为188*(4k-1)，k为整数。在每个子视频块前填充16字节的初始化向量IV，在每个子视频块后填充188-16＝172字节的填充TS包。根据TS包的复用协议，只要精心选择TS包的参数，该填充TS包不会对解码产生影响。这样填充后的子视频块长度为188*(4k-1)+188＝188*4k＝752k，因此解压时不会产生跨界问题。
解密时，根据AES-CBC算法，可以预见到解密后的各子视频块与原始的各子视频块只有前16个字节不一样。由于每个子视频块的前16个字节隶属于填充的TS包的内容部分。在解复用的时候，遇见该188字节的TS包，根据前4个包头字节就可以判断是填充的TS包，从而抛弃后面的184个字节实际内容。而子视频块的前16个字节正好在该184字节。因此，该16个字节解密后的实际内容，并不对解密后的子视频块产生任何影响。也就是说，连续解码中，如果在解码一个16字节块前，初始化向量IV出现错误，这只会导致该16字节块解码出现错误。其他后续数据块不会受影响。由于并行加密，一个子视频块的加密实际没有用前一个子视频块加密后的最后16个字节作为自己的初始化向量IV，而是随便找了一个初始化向量IV。因此在子视频块解码时，由于拿前一个子视频块最后16字节作为初始化向量IV，相当于解码时初始化向量IV出错了，解出的子视频块前16字节是错的。这样，只有每个子视频块的前16个字节会解码错误，而解码错误的16个字节出现在TS包的承载部分。TS包的4个包头字节并不会错误，从而能判断该4个包头字节是否属于TS包，若是则抛弃后面的184个字节，就会将该TS包剔除出去，不会影响到实际的TS视频文件解码过程。
本发明实施例还提供一种通过AES-CBC算法进行并行加密的系统，用于对传输流视频文件进行并行加密，该系统包括：
视频分割模块，将所述传输流视频文件切割为按播放顺序排列的n个长度为L的子视频块，n为整数，且n≥2；
密钥选择模块，选择一长度为a的密钥；
填充模块，用于根据确定长度188字节与长度a的最小公倍数b；并在相邻的所述各子视频块首尾之间插入由一个或多个传输流包组成的填充部分；其中，所述填充部分由长度为a的头部和长度为(kb-a-L)的尾部组成，所述尾部用作一个所述子视频块的前缀部分来作为初始化向量IV，所述头部用作前一个所述子视频块的后缀部分，并且将首个子视频块上填充一长度为(kb-a-L)前缀部分作为该首个子视频块的初始化向量IV，在末尾子视频块填充一长度为a的后缀部分，以使得填充后各子视频块的长度为kb，k为整数；
子视频块加密模块，使用所述密钥对各所述子视频块独立并行加密，分别形成各所述子视频块对应的各密文块；
合并模块，用于将各所述密文块按所述播放顺序连接在一起组成所述传输流包视频文件的密文块。将各子密文块合并成一个完整的密文块属于现有技术，在此不做赘述。
在本发明并行加密系统的一个实施例中，上述子视频块的数量n与并行加密的线程数相同。
在本发明并行加密系统的一个实施例中，所述密钥的长度选择为128bit、192bit或256bit。
在本发明并行加密系统的一个实施例中，多个TS包各不相同。
在本发明并行加密系统的一个实施例中，还包括解密模块，所述解密模块在解密时，根据各密文块的4个包头字节来判断该4个包头字节是否属于传输流包，若是则抛弃后面的184个字节。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (10)
1.一种通过AES-CBC算法进行并行加密的方法，用于对传输流视频文件进行并行加密，其特征在于，包括如下步骤：
a，将所述传输流视频文件切割为按播放顺序排列的n个长度为L的子视频块，n为整数，且n≥2；
b，选择一长度为a的密钥；
c，为避免跨界，确定长度188字节与长度a的最小公倍数b；
d，在相邻的所述各子视频块首尾之间插入由一个或多个传输流包组成的填充部分；其中，所述填充部分由长度为a的头部和长度为(kb-a-L)的尾部组成，所述尾部用作一个所述子视频块的前缀部分来作为初始化向量IV，所述头部用作前一个所述子视频块的后缀部分，并且将首个子视频块上填充一长度为(kb-a-L)前缀部分作为该首个子视频块的初始化向量IV，在末尾子视频块填充一长度为a的后缀部分，以使得填充后各子视频块的长度为kb，k为整数；
e，使用所述密钥对各所述子视频块独立并行加密，分别形成各所述子视频块对应的各密文块；
f，将各所述密文块按所述播放顺序连接在一起组成所述传输流包视频文件的密文块。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a中，
选择所述子视频块的数量n为并行加密的线程数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在解密时，根据所述各密文块的4个包头字节来判断该4个包头字节是否属于传输流包，若是则抛弃后面的184个字节。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述密钥的长度选择为128bit、192bit或256bit。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述各传输流包各不相同。
6.一种通过AES-CBC算法进行并行加密的系统，用于对传输流视频文件进行并行加密，其特征在于，包括：
视频分割模块，将所述传输流视频文件切割为按播放顺序排列的n个长度为L的子视频块，n为整数，且n≥2；
密钥选择模块，选择一长度为a的密钥；
填充模块，用于根据确定长度188字节与长度a的最小公倍数b；并在相邻的所述各子视频块首尾之间插入由一个或多个传输流包组成的填充部分；其中，所述填充部分由长度为a的头部和长度为(kb-a-L)的尾部组成，所述尾部用作一个所述子视频块的前缀部分来作为初始化向量IV，所述头部用作前一个所述子视频块的后缀部分，并且将首个子视频块上填充一长度为(kb-a-L)前缀部分作为该首个子视频块的初始化向量IV，在末尾子视频块填充一长度为a的后缀部分，以使得填充后各子视频块的长度为kb，k为整数；
子视频块加密模块，使用所述密钥对各所述子视频块独立并行加密，分别形成各所述子视频块对应的各密文块；
合并模块，用于将各所述密文块按所述播放顺序连接在一起组成所述传输流包视频文件的密文块。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述子视频块的数量n与并行加密的线程数相同。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述密钥的长度选择为128bit、192bit或256bit。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述各传输流包各不相同。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：
解密模块，所述解密模块在解密时，根据所述各密文块的4个包头字节来判断该4个包头字节是否属于传输流包，若是则抛弃后面的184个字节。
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