[發(fā)明專利]一種基于三次方憶阻器的復混沌系統(tǒng)數(shù)據(jù)加密方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111193416.6
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN113949782A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 張芳芳;寇磊;黃哲;姜翠美;李正峰;鞏曉東
• 申請（專利權）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: H04N1/44
• 分類號: H04N1/44;H04L9/00
• 代理公司: 濟南立木專利代理事務所(特殊普通合伙) 37281
• 代理人: 杜亞男

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理技術領域，具體地涉及一種基于三次方憶阻器的復混沌系統(tǒng)數(shù)據(jù)加密方法，其復混沌系統(tǒng)由具有立方非線性憶阻器的4D混沌系統(tǒng)衍生而來的，實現(xiàn)了變量從實域到復域的擴展，利用相圖、分岔圖、0?1檢驗和復雜性等分析了新混沌系統(tǒng)的混沌性能。然后，在所述具有三次方憶阻器的7D復雜混沌系統(tǒng)的基礎上，結合Arnold變換提出了一種基于三次方憶阻器的復混沌系統(tǒng)數(shù)據(jù)加密方法，并應用于智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)的加密，對智能電網(wǎng)中傳輸?shù)膱D像和數(shù)據(jù)進行了驗證實驗，利用直方圖、相關系數(shù)、信息熵、密鑰靈敏度和重建質(zhì)量對圖像加密進行了分析，結果表明該方法具有良好的魯棒性和足夠的防止數(shù)據(jù)泄漏和惡意攻擊的能力。

技術領域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理技術領域，具體地涉及一種基于三次方憶阻器的復混沌系統(tǒng)數(shù)據(jù)加密方法。

背景技術

智能電網(wǎng)建成后，其信息系統(tǒng)的安全性變得越來越重要。智能電網(wǎng)開始涉及智能工廠、交通網(wǎng)絡、燃氣系統(tǒng)等應用領域。不同字段之間的通信數(shù)據(jù)需要加密以防止惡意攻擊。隨著智能電網(wǎng)技術的飛速發(fā)展，對智能電網(wǎng)的攻擊數(shù)量和類型都有了顯著增加，給電網(wǎng)帶來了巨大的損失和負面影響。與智能電網(wǎng)的重要地位形成鮮明對比的是，對其網(wǎng)絡和信息安全的關注仍然不夠，這也是電力系統(tǒng)事故頻繁發(fā)生的原因。因此，安全加密算法是防止惡意攻擊、保證智能電網(wǎng)正常運行的關鍵。

混沌系統(tǒng)具有初值和系統(tǒng)參數(shù)極端敏感、遍歷性、軌道不可預測性和良好的偽隨機性等一系列特性，這些特性正好滿足加密的要求。因此，混沌已被廣泛應用于許多領域，如混沌控制、混沌擴頻通信、圖像數(shù)據(jù)加密、保密通信等。其中，混沌在數(shù)據(jù)加密中的應用近年來受到極大關注，并已成為混沌應用的一個重要分支，但仍存在以下問題：低維混沌系統(tǒng)具有周期短、混沌序列分布不均勻、密鑰空間小等缺點，數(shù)據(jù)加密效果不佳。此外，智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)容易受到攻擊和篡改，造成系統(tǒng)誤判和經(jīng)濟損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點，提出設計一種基于三次方憶阻器的復混沌系統(tǒng)數(shù)據(jù)加密方法，能夠有效地防止數(shù)據(jù)泄漏的問題。

本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是：

一種基于三次方憶阻器的復混沌系統(tǒng)數(shù)據(jù)加密方法，包括以下步驟：

步驟1：分離圖像通道，并將其更改為R、G和B通道；

步驟2：使用隨機函數(shù)隨機變換三原色像素值的位置，稱它們?yōu)镽1、G1和B1；

步驟3：根據(jù)Arnold變換變換三原色像素值的位置，將它們命名為R2、G2和B2；Arnold變換如下所示：

其中M和N分別是圖像矩陣的行和列，A和B是由具有三次方憶阻器的7D復雜混沌系統(tǒng)的混沌序列生成大小為M×N的偽隨機矩陣；數(shù)字圖像中像素的坐標x_n，y_n∈[0，255]；

步驟4：對所述具有三次方憶阻器的7D復雜混沌系統(tǒng)生成的具有R2、G2和B2圖像的七維偽隨機序列進行七次異或。

進一步的，步驟4中，所述異或順序為隨機。

所述步驟1、2和3是置亂部分，步驟4是擴散部分。

本發(fā)明所述基于三次方憶阻器的復混沌系統(tǒng)數(shù)據(jù)加密方法，具有圖像失真較小、良好的擴散和置亂性能，同時具有更好的安全性、較好地掩蓋了原始圖像的分布規(guī)律，具有足夠的抗攻擊能力，能夠有效地防止數(shù)據(jù)泄漏。

進一步的，所述具有三次方憶阻器的7D復雜混沌系統(tǒng)為：

其中，α，β，r，d是常數(shù)，x_i(i＝1，...，7)是自變量，W為憶阻器導數(shù)。

進一步的，所述具有三次方憶阻器的7D復雜混沌系統(tǒng)的建立過程為：