[發(fā)明專利]基于憶阻混沌系統(tǒng)有限時(shí)間同步的圖像傳輸方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811348133.2
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN109412808B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王雷敏;董天都
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): H04L9/12
• 分類號(hào): H04L9/12;H04L9/00
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 郝明琴

本發(fā)明公開了基于憶阻混沌系統(tǒng)有限時(shí)間同步的圖像傳輸方法及系統(tǒng)，采用混沌信號(hào)對圖像進(jìn)行加密傳輸，利用按位異或邏輯運(yùn)算對圖像進(jìn)行加密、解密，與此同時(shí)通過有限時(shí)間控制策略實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端、響應(yīng)端兩個(gè)憶阻混沌系統(tǒng)的有限時(shí)間同步，將同步采樣編碼所得的離散混沌序列作為加密序列和解密序列，即可在沒有通過信道傳輸密鑰的情況下，順利完成圖像的加密與解密；相比與過去應(yīng)用在憶阻混沌系統(tǒng)的漸進(jìn)同步策略，本發(fā)明設(shè)計(jì)的有限時(shí)間同步策略具有更快的收斂速度和更好的抗干擾性能，避免密鑰在信道中被攔截的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息學(xué)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于憶阻混沌系統(tǒng)有限時(shí)間同步的圖像傳輸方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

混沌系統(tǒng)應(yīng)用至保密通信最早是在20世紀(jì)90年代，經(jīng)過近三十年的發(fā)展與探索其已經(jīng)成為信息科學(xué)領(lǐng)域的熱門研究課題。混沌信號(hào)因其類噪聲以及非周期特性，很容易會(huì)被識(shí)別為隨機(jī)噪聲信號(hào)，這一點(diǎn)對于加密傳輸來說有極大的現(xiàn)實(shí)意義。除此之外，混沌信號(hào)對初值條件具有很強(qiáng)的敏感性，即便信息被截獲，也很難獲取系統(tǒng)的準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)軌跡而被破譯出有用信息。不僅如此，混沌信號(hào)又是由確定性的非線性系統(tǒng)所產(chǎn)生的，因此提高了信號(hào)的復(fù)雜度的同時(shí)又易于產(chǎn)生和復(fù)制，并最終提高了整個(gè)通信過程中的安全性能。

過去主要研究的是混沌系統(tǒng)的漸近同步性，雖然該系統(tǒng)具有良好的加密效果，但是由于實(shí)際系統(tǒng)中誤差的狀態(tài)變量趨于平衡點(diǎn)的時(shí)間是不可預(yù)測，由此導(dǎo)致加密效果不是很好。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有憶阻混沌系統(tǒng)的漸近同步方法，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種基于憶阻混沌系統(tǒng)有限時(shí)間同步的圖像傳輸方法及系統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)能夠有效的提高圖像加密傳輸效果。該圖像傳輸方法包括驅(qū)動(dòng)端圖像加密步驟以及響應(yīng)端圖像解密步驟，驅(qū)動(dòng)端圖像加密步驟和響應(yīng)端圖像解密步驟所采用的憶阻混沌系統(tǒng)之間是有限時(shí)間同步的，且通過對響應(yīng)端憶阻混沌系統(tǒng)進(jìn)行有限時(shí)間控制，在各參數(shù)滿足：

時(shí)，初始狀態(tài)不同的兩個(gè)憶阻混沌系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)有限時(shí)間同步；其中k₁、k₂均為放大倍數(shù)且取值為常數(shù)，G為憶阻混沌電路中的電導(dǎo)，C₁為憶阻混沌電路中的電容；以下是具體步驟：

(1)驅(qū)動(dòng)端圖像加密步驟：采用驅(qū)動(dòng)端憶阻混沌系統(tǒng)進(jìn)行圖像加密；將加密圖片的二進(jìn)制明文序列h'_j，與驅(qū)動(dòng)端編碼處理得到的二進(jìn)制加密序列p'_j，通過按位異或邏輯運(yùn)算進(jìn)行加密，得到二進(jìn)制密文序列r_j′，將二進(jìn)制密文序列r_j′重組成對應(yīng)的密文矩陣B，按照密文矩陣B各個(gè)元素表示的灰度值，將其轉(zhuǎn)換成加密圖像；

(2)響應(yīng)端圖像解密步驟：采用響應(yīng)端憶阻混沌系統(tǒng)進(jìn)行圖像解密；將解密圖片的二進(jìn)制密文序列r_j′，與響應(yīng)端編碼得到的解密序列q'_j，利用按位異或邏輯運(yùn)算進(jìn)行解密，得到二進(jìn)制明文序列z'_j，將二進(jìn)制明文序列z'_j重組成對應(yīng)的明文矩陣C，按照矩陣C各個(gè)元素表示的灰度值，將其還原成解密圖像；

進(jìn)一步的，在本發(fā)明提供的基于憶阻混沌系統(tǒng)有限時(shí)間同步的圖像傳輸方法，步驟(1)中驅(qū)動(dòng)端圖像加密的具體步驟如下：

A1、讀取一個(gè)需要加密的原始圖片并生成相應(yīng)的明文矩陣A，將明文矩陣A轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制明文序列h'_j；

A2、對驅(qū)動(dòng)端混沌信號(hào)進(jìn)行采樣和加密，采用四階龍格-庫塔法和數(shù)據(jù)加密方法，將驅(qū)動(dòng)端混沌信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散數(shù)字信號(hào)ω(4i)；其中，采樣過程中，必須滿足下述不等式：

其中U表示憶阻混沌系統(tǒng)中狀態(tài)變量的個(gè)數(shù)，T為采樣頻率，原始圖片的像素為M*N，采樣時(shí)間間隔為[t₀,t_n]，n表示最大采樣次數(shù)；