[發(fā)明專利]基于整數(shù)域混沌的視頻保密通信方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410336407.1
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104320241B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設計）人: 陳仕坤;禹思敏;呂金虎
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L29/06
• 代理公司: 中國兵器工業(yè)集團公司專利中心11011
• 代理人: 劉東升

技術領域

本發(fā)明涉及一種視頻混沌加密和解密方法，具體是一種基于整數(shù)域混沌的視頻保密通信方法。

背景技術

當混沌運動是有害的時候，混沌控制被認為是通過某些控制手段削弱或消除系統(tǒng)的混沌行為。然而，并不是所有的混沌行為都是有害的。自從1990的OGY方法被提出之后，混沌控制成為了研究的熱點。最近的研究顯示，在某些特定的環(huán)境下，混沌運動也是有用處的。例如，基于混沌的語音，圖像，視頻或其他多媒體數(shù)據的加密和解密等。因此，近年來系統(tǒng)混沌化的研究(將原本非混沌的動力系統(tǒng)變?yōu)榛煦缦到y(tǒng)，或增強現(xiàn)有的混沌方式)吸引了很多學者的注意。

近年在信息安全領域中，無論是傳統(tǒng)基于代數(shù)還是基于混沌的圖像視頻加密技術都吸引了很多學者的關注。眾所周知，混亂的獨特性質，例如正Lyapunov指數(shù)，遍歷性，準隨機性，對初始條件和系統(tǒng)參數(shù)敏感的依賴性，令混沌動力學成為一個可以替代傳統(tǒng)加密算法的優(yōu)良算法。更重要的是，不同于主要基于離散數(shù)學的常規(guī)密碼算法，混沌是一個簡單的確定性系統(tǒng)，并且基于混沌的密碼技術是依賴于一個非線性系統(tǒng)或映射。在多媒體通過高速信道傳輸數(shù)據的時候，信息的高速傳輸和安全性能顯得尤其重要。而混沌密碼技術正好為數(shù)據保護提供了一種快速安全的加密方法。正因如此，近年來，越來越多的人投入到了圖像和視頻的混沌保密通信研究中。

眾所周知，實時的視頻混沌保密通信與靜止的圖像或語音信號混沌保密通信在硬件實現(xiàn)方面相比較而言，主要困難之處在于需要同時解決實時性要求較高并且數(shù)據運算量較大這兩個主要問題，因而視頻混沌加密和解密的硬件實現(xiàn)難度較大。為了解決硬件實現(xiàn)中的這兩個問題，一方面，我們采用了面向最基本的邏輯單元或門電路操作的非嵌入方法，從而能夠滿足視頻混沌保密通信對實時性的要求。另一方面，用硬件描述語言處理整數(shù)運算要比處理實數(shù)運算的速度快、算法簡單并且便于硬件實現(xiàn)。而現(xiàn)有的離散或連續(xù)時間混沌系統(tǒng)都是基于實數(shù)域運算的，故存在視頻數(shù)據運算量大和算法復雜，從而出現(xiàn)運算速度較慢的缺陷。

發(fā)明內容

為解決上述不足，本發(fā)明提供一種運算速度快且解密準確度高的基于整數(shù)域混沌的視頻保密通信方法。

基于整數(shù)域混沌的視頻保密通信方法，包括以下步驟：

A.建立一個6維整數(shù)域離散時間混沌系統(tǒng)，動力學方程如下：

式中k＝1,2,…,M,…為迭代次數(shù)，(i＝1,2,…,6)表示對變量x_i(k)和x_i(k+1)向下取整；ε₁＝2²⁴,σ₁＝2.3×10⁸，ε₂＝2²⁵,σ₂＝3.2×10⁸，ε₃＝2²⁶,σ₃＝5.0×10⁸；式中參數(shù)Φ_ij(i,j＝1,2,3,4,5,6)的大小為

B.隨著k的增加，利用上述建立的6維整數(shù)域離散時間混沌系統(tǒng)，選取x₁(k),x₂(k),x₃(k)，將發(fā)送端的信息加密器的三個變量x₁(k),x₂(k),x₃(k)定義為 6維整數(shù)域離散時間混沌系統(tǒng)中的其它參數(shù)與其類同；將接收端的信息解密器的三個變量x₁(k),x₂(k),x₃(k)分別定義為6維整數(shù)域離散時間混沌系統(tǒng)中的其它參數(shù)與其類同，將三個變量迭代后，通過數(shù)字信息加密器轉換為二進制的數(shù)字信息；

C.發(fā)送端的信息加密運算：對采集視頻的紅綠藍三基色分別進行按位異或操作，得到紅綠藍三路視頻信號的密文值:

其中表示紅綠藍的像素值，16表示一個像素點紅綠藍分別所占的位數(shù)為4位；

D.將上述的紅綠藍三路視頻信號的密文值由發(fā)送端通過信道傳送給接收端；

E.接收端的信息解密：利用整數(shù)域混沌加密的逆運算對接收到的紅綠藍三路視頻信號的密文值進行解密操作。