[發明專利]基于電磁輻射作用的Hopfield神經網絡的圖像加密方法

有效

• 申請號: 202110556209.6
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113379044B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 余飛;沈輝;張梓楠;黃園媛;蔡爍
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G06N3/06
• 分類號: G06N3/06;G06N3/063;G06F17/11
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 趙琴娜

本發明公開了一種基于電磁輻射作用的Hopfield神經網絡系統、處理器芯片及終端，系統構建有基于電磁輻射作用的Hopfield神經網絡，基于電磁輻射作用的Hopfield神經網絡的第二個神經元具有自反饋突觸權重，且具有二次內狀態的磁通控制憶阻電磁輻射。相較于現有Hopfield神經網絡模型構建的系統，本發明通過電磁輻射強度改變Hopfield神經網絡中平衡點的數目，從而使得系統產生更加豐富的動力學行為，從而使得系統具有較高的隨機性和優越的安全性，適合于混沌的工程應用中。

技術領域

本發明涉及神經動力學技術領域，特別涉及一種基于電磁輻射作用的Hopfield神經網絡的圖像加密方法。

背景技術

神經動力學在模式識別、自動控制、信號處理、醫學、人工智能、交通運輸、經濟等應用領域已經取得了很大的成功。迄今為止，已有數百種人工神經元和神經網絡模型被開發利用，也極大地促進了神經動力學的快速發展，其中由J.J.Hopfield提出了一種與大腦非常相似的方式存儲的神經網絡，即著名的Hopfield神經網絡。由非線性單元組成的Hopfield神經網絡屬于一種更復雜的混沌系統，是由大量的非線性處理單元組成的神經網絡模型，有著豐富的動力學特性，能夠反映出人類大腦的許多基本特性。因此，越來越多的科研人員致力于Hopfield神經網絡的動力學的研究，它具有重要的科學意義和應用價值。

隨著通信技術的不斷發展和普及，數據信息被盜、非法復制和傳播的頻率越來越高。作為信息傳播的主要載體，圖像的安全問題也越來越嚴重。具有初始敏感度和不可預測性的混沌系統在信息安全領域得到普遍應用，最主要的應用包括偽隨機數生成器和圖像加密，多渦卷混沌吸引子具有更復雜的拓撲、更優越的隨機性和更大的密鑰空間，無疑提高了加密數據的安全性能。與普通混沌系統相比，具有混沌行為的Hopfield神經網絡模型具有更好的非線性和關聯記憶效應，可以產生具有良好擴散效應的混沌矩陣。

申請人在研究中發現：由目前提出的Hopfield神經網絡模型構建的系統，還存在動力學多樣化不足、瞬時和間歇的混沌不足的缺陷，若將提出的系統應用于偽隨機數生成器和圖像加密中，會導致存在安全性不足的缺陷。因此，如何進一步提高基于Hopfield神經網絡模型構建系統的動力學多樣化，以提高系統應用安全性，是目前亟待解決的一個問題。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題。為此，本發明提出一種基于電磁輻射作用的Hopfield神經網絡的圖像加密方法，能夠提高系統動力學的多樣化，以提供系統應用時的安全性。

本發明的第一方面，提供了一種基于電磁輻射作用的Hopfield神經網絡系統，構建有基于電磁輻射作用的Hopfield神經網絡，所述基于電磁輻射作用的Hopfield神經網絡的第二個神經元具有自反饋突觸權重，且具有二次內狀態的磁通控制憶阻電磁輻射；所述基于電磁輻射作用的Hopfield神經網絡為：

其中，所述x,y,z表示狀態變量；所述tanh(x),tanh(y),tanh(z)表示非線性神經元激活函數；所述α,β,μ,η表示憶阻參數；所述φ表示憶阻器的磁通；所述v表示憶阻器的輸入電壓；所述i表示憶阻器的輸出電流；所述ρ表示電磁輻射的強度，所述ρ0。

根據本發明的實施例，至少具有如下技術效果：

相較于現有Hopfield神經網絡模型構建的系統，本系統通過在Hopfield神經網絡的第二個神經元施加具有自反饋突觸權重，且具有二次內狀態的磁通控制憶阻電磁輻射，通過電磁輻射強度改變Hopfield神經網絡中平衡點的數目，從而使得系統產生更加豐富的動力學行為，從而使得系統具有較高的隨機性和優越的安全性，適合于混沌的工程應用中。

本發明的第二方面，提供了一種處理器芯片，所述處理器芯片搭載本發明第一方面所述的基于電磁輻射作用的Hopfield神經網絡系統。

根據本發明的實施例，至少具有如下技術效果：