CN1633068A - 一种点到点通信中的媒体流传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明有关一种点到点通信中的媒体流传输方法,包括:实现通信的两个终端设备各自生成一密钥对,并将公钥传送给对端,私钥在本地保存;当在两个终端设备之间进行媒体流传输时,执行下列步骤:A.发送端生成一对称密钥,将需要发送给接收端的媒体流数据进行对称密钥加密;B.发送端使用接收端的公钥对所述对称密钥加密;C.发送端将加密后的媒体流数据和加密后的对称密钥传输给接收端;D.接收端根据本地保存的私钥对所述加密后的对称密钥进行解密,并用解密后的对称密钥对接收的媒体流数据进行对称密钥解密。采用本发明方法达到保证传输过程中媒体流数据安全性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,特别涉及一种点到点通信中的媒体流传输方法。
背景技术
点对点通信***由五个部分构成:
一、信号采集
视频采集可以通过专用的视频采集卡、视频采集盒来实现,也可以通过在软件的方式实现,无论何种方式实现的视频采集,其目的都是将模拟的视频信号进行数字化,以便于压缩、编码与传输。
一般在Windows平台下,可以通过DirectX来实现视频的采集。在对处理速度要求比较高,例如:工业控制领域,可以选择专用的视频采集卡来进行视频的采集,某些高端的视频采集卡还可以进行MPEG-4压缩编码。
语音采集的原理是通过在离散的时间间隔采样原始声音并记录每次采样的数值来表示和重建声音波形。采集的声音数据的格式有很多标准,软件的设计中一般采用波形数据的格式。Windows***中可以采用WAVE_FORMAT_PCM即PCM(脉冲编码调制)格式。
二、数据压缩/编码/封装
国际上有两个负责音视频编码的标准化组织,一个是MPEG(Motion PictureExpert Group),为国际标准化组织下的运动图像专家组。另一个是VCEG(VideoCode Expert Group),是国际电信联合会下的视频编码专家组。
VCEG制定的标准有H.261、H.262、H.263等,这些标准成为电视会议的视频压缩标准,最新推出的H.264是为新一代交互视频通讯制定的标准。MPEG制定的标准有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21,MPEG-1即俗称的VCD,MPEG-2则为DVD所采用,MPEG-4是为交互式多媒体通讯制定的压缩标准,MPEG-7是为互联网视频检索制定的压缩标准。
MPEG图像编码包含3个成分:I帧、P帧和B帧。I帧压缩采用基准帧模式,只提供帧内压缩,即把帧图像压缩到I帧时,仅仅考虑了帧内的图像。P帧采用预测编码,利用相邻帧的一般统计信息进行预测。也就是说,它考虑运动特性,提供帧间编码。P帧预测当前帧与前面最近的I帧或P帧的差别。B帧为双向帧间编码。它从前面和后面的I帧或P帧中提取数据。B帧基于当前帧与前一帧和后一帧图像之间的差别进行压缩。
语音通信主要使用ITU定义的语音编码标准系列:G723.1、G728、G729,目前比较流行的是G.722.2。他们采用的都是混合编码的方法,如G.729语音压缩采用的算法是共轭结构的代数码激励线形预测(CSACELP),是基于CELP编码模型的算法。
封装可以理解为原数据到IP转换,一旦语音信号进行数字编码,下一步就是对语音包以特定的帧长进行压缩编码。压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音添加包头、时标和其它信息后通过网络传送到另一端点。
三、网络传输
压缩/编码后的数据需要进行打包,也就是将压缩/编码后的数据按照一定的格式进行封装,然后通过网络进行传输。视频/音频数据需要通过IP协议在网络中传输。
在视频/音频数据的传输通道中,全部网络被看成一个从输入端接收视频包/语音包,然后在一定时间(t)内将其传送到网络输出端。t可以在某全范围内变化,反映了网络传输中的抖动。
四、数据解析/解压缩/解码
接收端接收到IP数据后,开始转换数据。网络级提供一个可变长度的缓冲器,用来调节网络产生的抖动。该缓冲器可容纳许多视频包/语音包,用户可以选择缓冲器的大小。小的缓冲器产生延迟较小,但不能调节大的抖动。其次,解码器将经编码的视频包/语音包解压缩后产生新的视频包/语音包,这个模块也可以按帧进行操作,完全和解码器的长度相同。
五、播放
播放也就是数字视频/语音转换为模拟视频/语音的过程,经过解压缩/解码的数据可以送入操作***提供的视频/音频播放接口进行播放,进行该操作只需要将所要播放的数据准备就绪,并进行相应的***调用就可以完成,在Windows平台下,可以通过***提供的DirectX/DirectShow来完成视频的播放。
简而言之,如图1所述,视频/音频信号在IP网络上的传送要经过从模拟信号到数字信号的转换、数字视频/语音封装成IP分组、IP分组通过网络的传送、IP分组的解包和数字视频/语音还原到模拟信号等过程。
对于点到点通信***中媒体流的传输,目前所采用的加密技术主要有两种:
第一种:对称加密技术
在对称加密技术中,对信息的加密和解密都使用相同的密钥,这种加密方法可简化加密处理过程,信息交换双方都不必彼此研究和交换专用的加密算法。如果在交换阶段私有密钥未曾泄露,那么机密性和报文完整性就可以得以保证。但是对称加密的安全性完全依赖于密钥,如果密钥被公开或被破解,那么加密就起不到保证数据安全的作用。
第二种:非对称加密技术
非对称加密算法的核心就是加密密钥不等于解密密钥,且无法从任意一个密钥推导出另一个密钥,这样就大大加强了信息保护的力度。
在非对称加密体系中,密钥被分解为一对,即公开密钥和私有密钥。在通信之前,通信双方需要以安全的方式交互公钥,而私有密钥则由本地加以保存。非对称加密方式广泛应用于身份认证、数字签名等信息交换领域。
目前对于媒体流传输,由于TCP/IP网络是开放传输的,所以非法用户可能通过某些软件将某次视频/音频通讯中双方所交互的数据完全截获下来,并进行数据分析,然后可以对数据进行解压缩/解码,进而进行播放,达到窃取视频/音频传输信息的目的。基于现有的网络环境可以通过VPN(虚拟专用网)技术来解决这个问题,但是部署VPN对于大多数用户来说是不现实的,对于视频/音频通讯的双方不属于同一组织的情况就更加困难。再者,采用VPN方式会大大影响网络通讯的速度,因此会造成IP包的延迟,给即时通讯应用带来巨大的困难。
发明内容
本发明提供一种点到点通信中的媒体流安全传输方法,用以解决现有技术中媒体流数据在传输过程中不能保证传输数据安全性的问题。
本发明提供的点到点通信中的媒体流传输方法,包括:实现通信的两个终端设备各自生成一密钥对,并将公钥传送给对端,私钥在本地保存;当在两个终端设备之间进行媒体流传输时,执行下列步骤:
A、发送端生成一对称密钥,将需要发送给接收端的媒体流数据进行对称密钥加密;
B、发送端使用接收端的公钥对所述对称密钥加密;
C、发送端将加密后的媒体流数据和加密后的对称密钥传输给接收端;
D、接收端根据本地保存的私钥对所述加密后的对称密钥进行解密,并用解密后的对称密钥对接收的媒体流数据进行对称密钥解密。
所述对称密钥是通过随机数运算生成。
所述媒体流为音频流或视频流。
在对所述音频流或视频流数据进行加密之前,还包括有采样、编码和压缩的步骤;在对所述音频流或视频流数据进行解密之后,还包括有数据解析、解压缩和解码播放的步骤。
所述视频流采用MPEG图像编码标准编码;在对该视频流进行加密时,只对其I帧进行加密。
所述对称密钥加密/解密方法由相应的对称密钥加密/解密函数实现。
所述对称加密/解密函数存储在一外部函数库中,由所述终端设备选择调用。
采用本发明方法,在传输过程中即使媒体流数据被非法截获,非法用户由于没有私钥,无法还原加密媒体流数据的对称密钥,因而无法对媒体流数据解密,从而达到保证传输过程中媒体流数据安全性的目的。而且在处理视频数据时采用对称加密算法仅对基准帧进行加密,可以减小***消耗,提高加密效率。
附图说明
图1所示为现有技术媒体流数据在网络中的处理过程示意图;
图2所示为本发明媒体流数据在网络中的处理过程示意图。
具体实施方式
本发明涉及点到点通信中媒体流数据安全传输的方法,如图2所示为本发明媒体流数据在网络中的处理过程示意图。下面结合附图,对本发明方法加以详细说明。
首先,实现通信的两个终端设备A和B各自生成一密钥对,当A和B之间发起视频/音频通讯时,A和B分别在本地通过随机数运算生成一个用于数据加密的密钥KeyA和KeyB(KeyA可以等于KeyB),终端设备A将采用keyA对本方发送的数据进行加密,终端设备B将采用KeyB对本方发送的数据进行加密。
终端设备A需要将KeyA传送给终端设备B,在传送前,终端设备A采用终端设备B的公钥PubKeyB对KeyA进行加密,其结果为EncryptedKeyA,终端设备B得到EncryptedKeyA之后,用自己的私钥进行解密,能够还原出KeyA,KeyA将用于对终端设备A→终端设备B的数据进行解密。即:
终端设备A中:EncryptedKeyA=XXX_Encrypt(keyA,PublicKeyB);
终端设备B中:KeyA=XXX_Decrypt(EncryptedKeyA,PrivateKeyB);
同样,终端设备B需要将KeyB传送给终端设备A,在传送前,终端设备B采用终端设备A的公钥PubKeyA对KeyB进行加密,其结果为EncryptedKeyB,终端设备A得到EncryptedKeyB之后,用自己的私钥进行解密,能够还原出KeyB,KeyB将用于对终端设备B→终端设备A的数据进行解密。即:
终端设备B中:EncryptedKeyB=XXX_Encrypt(keyB,PublicKeyA)
终端设备A中:KeyB=XXX_Decrypt(EncryptedKeyB,PrivateKeyA)
上面各式中,XXX可以定义为某个非对称加密算法,如RSA/SHA1等。
当终端设备A完成视频/音频数据采集与压缩编码后,将对该数据进行加密:
EncryptedVideoDataA=YYY_Encrypt(EncodedVideoDataA,KeyA)
EncryptedAudioDataA=YYY_Encrypt(EncodedAudioDataA,KeyA)
然后通过网络发送至终端设备B,终端设备B对该数据进行解码:
EncodedVideoData=YYY_Decrypt(EncryptedVideoDataA,KeyA)
EncodedAudioData=YYY_Decrypt(EncryptedAudioDataA,KeyA)
上式各式中,YYY可以定义为某个对称加密算法,如AES/DES等。
对于视频媒体流,在采用MPEG-4进行图像编码的情况下,由于I帧为关键帧,而P帧和B帧都是直接或者间接地通过I帧的运算得出来的,所以可以只对I帧进行加密,而对B帧和P帧不需要进行加密,在这种情况下,即便非法用户截取了通讯的内容,也无法获取原始视频数据的还原。
参与通讯的双方可以通过任何安全的方式进行公钥的分发,推荐的方式是通过PKI(公共密钥体系)机构进行密钥的分发,也可以是通过安全的连接通道进行密钥的传输。参与通讯的双方都要安全、正确地保存对方的公钥。
在某次交互中,交互的一方生成的对称密钥在经过非对称加密处理后,可以以任何方式发送给对方,只要保证对方收到完整的数据即可。
为某次交互生成的对称密钥在交互结束后即失效。
数据包加密在数据进行完压缩/编码后进行,当媒体流为音频流时,执行:
EncryptedAudioDataA=YYY_Encrypt(EncodedAudioDataA,KeyA)。
当媒体流为视频流时,仅当数据包为I帧时,进行加密:
EncryptedVideoData=YYY_Encrypt(EncodedVideoDataA,KeyA)。
数据包解密在进行数据解码/解压缩前进行,当媒体流为音频流时,执行:
EncodedAudioData=YYY_Decrypt(EncryptedAudioDataA,KeyA)。
当媒体流为视频流时,仅当数据包为I帧时,进行解密:
EncodedVideoData=YYY_Decrypt(EncryptedVideoDataA,KeyA)。
在视频数据包头中加入对帧的描述信息,以标识该帧的类型以及是否进行了加密。
上述对称密钥加密/解密方法可以由相应的对称密钥加密/解密函数实现。并可以设置一个外部对称密钥加密/解密函数库,存储各种对称密钥加密/解密算法,供终端设备选择调用。
综上所述,本发明具有如下优点:
(1)解决了在互联网环境下点对点视频传输的保密问题;
(2)通过对称加密算法对视频数据进行加密,提高了加密的效率;
(3)通过非对称密钥体系结构进行数据加密密钥的交互,安全性极高;
(4)***结构灵活,可以将对称加密函数/对称解密函数设计为外部函数库,由点对点***的应用方对加密算法进行选择;
(5)对于视频媒体流,充分利用视频图像MPEG-4编码的特点,只对I帧进行加密处理,降低***开销。
Claims (7)
1、一种点到点通信中的媒体流传输方法,其特征在于,实现通信的两个终端设备各自生成一密钥对,并将公钥传送给对端,私钥在本地保存;当在两个终端设备之间进行媒体流传输时,执行下列步骤:
A、发送端生成一对称密钥,将需要发送给接收端的媒体流数据进行对称密钥加密;
B、发送端使用接收端的公钥对所述对称密钥加密;
C、发送端将加密后的媒体流数据和加密后的对称密钥传输给接收端;
D、接收端根据本地保存的私钥对所述加密后的对称密钥进行解密,并用解密后的对称密钥对接收的媒体流数据进行对称密钥解密。
2、如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对称密钥是通过随机数运算生成。
3、如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述媒体流为音频流或视频流。
4、如权利要求3所述的方法,其特征在于,在对所述音频流或视频流数据进行加密之前,还包括有采样、编码和压缩的步骤;在对所述音频流或视频流数据进行解密之后,还包括有数据解析、解压缩和解码播放的步骤。
5、如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述视频流采用MPEG图像编码标准编码;在对该视频流进行加密时,只对其I帧进行加密。
6、如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对称密钥加密/解密方法由相应的对称密钥加密/解密函数实现。
7、如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述对称加密/解密函数存储在一外部函数库中,由所述终端设备选择调用。
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