CC BY
5УДК 1
Болатханов М.Б.
Л.Н.Гумилев атындагы Еуразия ^лттык университет «Акпараттык каушшздж жYЙелер» мамандыгы (Республика Казахстан)
НАЦТЫ УАЦЫТТА БЕЙНЕ АГЫНДАРДЫ ШИФРЛЕУ АЛГОРИТМ1
Аннотация: нацты уацытта бейне агындарды шифрлеу алгоритмI.
Ключевые слова: алгоритм, шифрование, технические науки.
1 Юргспе
Жаhандык цифрлi дэуiрде б^каралы; акпараттардыц каркынды дамуы, оныц себепсiз жогалуы, б^рмалануы жэне зацсыз колдануыннан коргау мэселес пайда болып келедi. Жогары жылдамдыкты галамтор желiсiн колдану, сымсыз желi технологияларын пайдалану б^л мэселеш одан эрi актуальдi ете бастады[1]. Цифрлы, кабельд^ спутниктi ТВ, бейне конферециялар барлыгыда коргалуы тиiс, eйткенi осындай тектес багдарламалар кeпшiлiк колданатын желiде орналаскандыктан, оны жiбергенде эртYрлi кауштерге душар болады[2]. Бейне акпараттармен алмасуда авторлык к¥кыкты сактау, к^пия акпараттармен алмасудыц бiр тYрi болып келедi. Мысалы, отандык бiр телеарна, бiздiц мемлекет территориясында керсетуге болатын фильмге авторлык к¥кык алды. Алайда, кeршi мемлекет тараптан осы телеарнаныц барлык телебагдарламаларын, фильмдерiн р^ксатсыз керуге кол жетюзуге болады. Бейне акпаратты жiберуде немесе оны кабылдаганда к^пиялыкты сактау, телеарнаныц фильмдерше, баска мемлекеттер тарапынан кол жетюзу мэселесш шешуге кeмектеседi. Деректердщ сенiмдi коргалуы, ДК eнiмдiлiгiне байланысты жYргiзiледi. Бiракта, каскейлер ДК eнiмдiлiгiн жаксарту Yшш жэне к^пия акпараттарга кол жеткiзу Yшiн есептеуiш кластерлерш бiрiктiру аркылы iске асырады. Бiрнеше жылдар бойы кауiпсiз болып келген тэсшдер, к&^р карапайым кiлттердi iздеу шабуылына тeтеп бере алмайды.
Аудио жэне бейне акпараттарды жiберу арна байланысын коргау киынырак болып келедi. Бейне жэне аудио мультимедиалык мазмунын шифрлау, DES немесе AES сиякты жиынтык криптоалгоритмдерiнiц екшк тiзбегiн колдану аркылы, сонымен катар карап шыгу барысында шифрлаудыц оцтайлы эдiсiн мукият аныктап, талдауды талап етедi. Соцгы уакытта шифрлау эдiстерi каушшз мультимедиялык жYЙенi курудыц базалык технологиясын камтамасыз етедi. Сандык бейнеш жэне суреттердi сенiмдi коргауды камтамасыз ету ушш, желiлiк желiлердiц каушшздтн камтамасыз ету Yшiн, мысалы: хакерлер мен жасырын тыцдаушылар сиякты ыктимал катерлерден тYрлi кауiпсiздiктi камтамасыз ететш криптоалгоритмдер усынылды. Осындай тYрлi бейне акпараттарды коргау криптографиялык алгоритмдерi, MPEG-1, MPEG2 / H.264 и MPEG-4 секiлдi бейне кодектер стандарттарына арналып жасалган болатын. Экiнiшке орай, бул криптографиялык алгоритмдердi баска эдiстердi колданбай, толыктай кауiпсiздiктi камтамасыз ету мYмкiн емес. Сол себептi осы дипломдык жумыста казiрri тацда бар шифрлеу алгоритмдерiнiц шабуылдардан жаксы коргалатын эдютерш карастырып, толык аныктамалармен кeрсетiлмек[12].
Акпараттардыц кeпшiлiкке ашыктай таралуынан кауiпсiздiгiн камтамасыз ету мацызды рел аткарады. Желще акпараттар таралуында кауiпсiздiктi камтамасыз етуде кептеген тэсiлдер iске асырылган болатын. Оларга шифрлау, аутентификация, цифрлы колтацбаларды жащызуга болады. Ал бейне акпараттарга желi iшiнде акпараттармен алмасуда, бегде колданушылардан орта жолда устап алудан, бейне акпараттарды керуден коргау Yшiн осы эдiстер кабылданган болатын. Осы жумыста бейне акпараттарды селективт шифрлауды, орын ауыстыруды, MPEG4, H.264/AVC жэне AES эдютерш колданып аныктама беру болып келедг
2 Бейне акпараттарды тиiмдi корFайтын алгоритмi
Желiде бейнеш бeлiсудi камтамасыз ету Yшiн MPEG бейнелерш шифрлаудыц жаца эдiсiн усынамын. ¥сынылатын эдiсте есептеу киындыктарын темендететш шифрлауды алу Yшiн Zig-zag алмастыру, ауыстыру картасы жэне селективтi тэсiлдердi колданыс тапты. Бейне акпараттарды осы эдюпен тестiленгенде, бейне акпарат
122
келемше байланысты бiрнеше кадрларга белшедг Кейiн Zig-zag функциясымен, алынган фреймдердi кайта реттеу Yшiн пайдаланылады. Кейбiр кадрлардыц кездейсоктык децгейiн жогарылату ymiH орындарымен ауыстырылады. Селективтi схеманы енгiзу, кейбiр кадрларга гана тацдалып к¥пия сезбен mифрленедi. Шифрланган кадрлер «непзп кадрлар» деп аталады. Содан кешн шифрланган жэне шифрланбаган кадрлар бейненi кайта жасау Ymiн бiрiктiрiледi. Темендегi кадамдар 1 суретте керсетшдг
A. Frame Extraction Block: Бiздщ бейненiц ^зактыгы 00,11 секунд болатын MPEG-4 бейне «astana.mp4» деп енгiзедi жэне оныц жалпы ^зындыгы 281 кадрды шыгарды. Accord.Video.FFMPEG колданып, кадрларды белiп аламыз. Берiлген жолмен келденец жYPУ кезiндегi реттiк тiзбегiныц эр кадрларын дисплей экранындагы алдыцгы кадрды ауыстырып отырады жэне козгалыс сезiмiн бередi. Б^л кадрлар бейнефон форматында сакталады.
Бей не акпарат
1
Кадрларды алу
1
Г ч Орын ауыетъсру
1
кадр
i
Шифрлау
t i
[ К°рьгг>г
1
Шифрланган осине аппарат
B. Zig-zag Ережесг бейне жекелеген кадрлар тшсл ретпен болган кезде гана карауга болады. Рамалык тiзбегi Ml M2 M3 M4 M5 болса ... Ауыспалы багыттарда eTKÍp бурылыстары бар сызыктарды ауыстыру zigzag ережесi деп аталады. Zig-zag ережесш бiрiншi рамка дурыс орналасканда гана пайдалануга болады. Екiншi рамка сол жакка орналастырылады, Yшшшi рамка ортасына орналасады жэне т.б. Zigzag нэтижес M5, M3, Ml, M2, M4 тебеп болады. Осыдан кейн, дэйекл кадрлар арасындагы корреляция темендеп, бейне тYсiнiктi бола тYседi.
C. Xorgens4096 кездейсок орын ауыстыру колданылды:М5, M3, Ml, M2, M4 ... сценарийлершщ кейбiр кадрлары кайтадан ауыстырылады. Мысалы, M3 M2-мен алмастырылып, M4 М3-пен алмастырады. Алынган нэтижеш M5 M2 Ml M4 M3 тYрге ие болады. Ауыстырулар дан кешн кадрлар арасында корреляция темендейдг
D. Селективтi схема: Селективтi схема купия акпаратты камтитын бейнеден мацызды бeлiктердi гана тацдайды жэне оларды эдеттегi шифрды пайдаланып шифрлайды. Бейнеден купия акпарат тацдаудыц бiрнеше жолы бар. Бiздiц эдiсiмiзде, бейне аркылы кадрдыц бейнеге ауысу тужырымдамасын колданады. Бейненi тYсiргендегi кадр аркылы,бейне контент туралы акпарат алуга болады болады жэне сол кадр «непзп кадр» деп аталады.
E. Шифрлау: тацдалган кiлт-кадрлар AES шифрлаудан eтедi. AES ауыстырудыц негiзгi эдiстерiне арналган. AES карапайым жэне тиiмдi жумыс синтаксисте ие; ол баска алгоритмдерге караганда кауiпсiз жэне кiлт узындыгын тацдау Ymrn икемдiлiк бередi.
F. Дешифрлау: эдiс бойынша соцгы кадам - бейнежазбаны кайта шифрлау. Шифрланган бейне алынган кезде, керi алгоритм кемепмен дешифрлау жYргiзiледi. Бейне акпаратты ашканнан кейiн, ресивер бейне мазмунын толык зерртеуге кiрiседi. Осылайша, бейненiц багдарламалык редакциялау жасактамасын пайдаланып тYпнускалык бейненщ кадрлык реттiлiгiн кайта калпына келтiрудi iске асырдык.
1 сурет Бейне акпаратты тиiмдi коргау алгоршш
Шифр.чанган бейне акпарат
Кадрларды алу
1 1 г
Дешифрлау
1 ■
Кайта уйымдастыру
Корьгту
Дешифрланган бейне акпарат
Осы эдю бойынша экперименттер жасалып 1 суретте кeрсетiлгендей бастапкы бейне акраратымыз шифрланганнан кейiнгi кYЙiнде пиксельдердщ койылу реттiлiктерiнiц дэлдшп темендеп кеткенш керуге болады. Ондай шыгындарды 100% темендеду карапайым ДК eнiмдiлiгi жеткшкшз. Бул эксперименттi, сипаттамалары: Асег 15-7200 буыны, жиiлiгi 2.7 GHz, бейне адаш^ GeforceGTX950M eткiзу eнiмдiлiгi 80,16 Гб/с ноутбукпен жYргiзiлдi. Бiракта осындай eнiмдiлiк жеткiлiксiз болды. Бундай эксперименттерд^ бейне акпаратты тура дэлдшкпен кайта орнына кайтару, тек супер компьютерлердщ eнiмдiлiгi аркылы iске асыруга болады.
А
2 сурет Бейне акпараттьщ бастапкы кYЙi жэне дешифрланганнан кешнп кYЙi
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Фахрутдинов R Ш. Перспективные задачи обеспечения информационной безопасности / Молдовян А. А., Костин А. А., Мирин А. Ю., Фахрутдинов Р. Ш. // Материалы XVI Общероссийской научно-технической конференции «Методы и технические средства обеспечения безопасности информации». -2010. -СПб, 27-29 июня.-С. 17
Юсупов Р.М. Наука и национальная безопасность / Юсупов Р.М. // СПб., Наука. -2011. -2-е издание, переработанное и дополненное, -бет. 124
Siobhan Gorman. Insurgents Hack U.S. Drones, $26 Software Is Used to Breach Key Weapons in Iraq; Iranian Backing Suspected / Siobhan Gorman, Yochi J.Dreazen, August Cole // The Wall Street Journal. -2009. -December 17. -http://online.wsj .com/article/SB 126102247889095011 .html
Pauline Jelinek. Pentagon; Insurgents intercepted UAV videos / Pauline Jelinek // The Associated Press. -2009. -December, 17.
Stephen A.Cambone. Unmanned Aircraft Systems Roadmap / Stephen A.Cambone, Kenneth J.Krieg, Peter Pace, Linton Wells II / / . -2015. -http://www.fas.org/irp/program/collect/uav_roadmap2015.pdf. -page 210 Ватолин Д. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео / Ватолин Д., Ратушняк А., Смирнов М., Юкин В. // . -2013. -Диалог-МИФИ. -стр. 340
Schneier, B., Applied Cryptography: Protocols, Algorithms. And Source Code in C, 2nd edition, John Wilen & Sons, Inc., 2013.
W. Zeng, H. Yu, and C.-Y. Lin, Eds., Multimedia Security Technologies for Digital Rights Management. Orlando, Florida: Academic Press, Inc., 2016.
A. Uhl and A. Pommer, Image and Video Encryption: From Digital Rights Management to Secured Personal Communication, ser. Advances in Information Security, vol. 15. Boston, USA: Springer Science + Business Media, Inc., 2015.
B. Furht, E. Muharemagic, and D. Socek, Eds., Multimedia Encryption and Watermarking. New York: Springer, 2015.
12 Fabrice Bellard. ffmpeg Encoder/Decoder sources page / Fabrice Bellard, Michael Niedermayer, Marcus Engene, Mike Melanson and others // FFmpeg official homepage. -2011. -FFmpeg version 0.9.1 release, -http://ffmpeg.org/releases/ffmpeg0.9.1.tar.bz2
