憶阻超混沌系統(tǒng)在信息保密中的應(yīng)用

羅妮 惠萌 武奇生

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息安全成為人們關(guān)注的話題，為了提高信息保密算法的安全性和可靠性，采用具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、行為不可預(yù)測的分?jǐn)?shù)階憶阻超混沌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對信息的保密處理。給出分?jǐn)?shù)階憶阻超混沌系統(tǒng)在保密通信方面的處理算法以及圖片加密方面的處理算法，并通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了該算法的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：憶阻器;分?jǐn)?shù)階;超混沌系統(tǒng);信息保密;密鑰;解密

中圖分類號：TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2020）02-00-03

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，企業(yè)之間的競爭越來越激烈，人們對知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)愈加看重，對個人隱私的保護(hù)也愈加重視，研究人員對信息加密、保密通信[1-3]的技術(shù)要求也在不斷提升。當(dāng)下信息泄露現(xiàn)象日益劇增，各大媒體刊出的公司資料泄露、個人隱私被盜取以及電話被監(jiān)聽等新聞屢見不鮮，因此研究信息保密很有必要。由于混沌信號[4-6]具有非線性特點(diǎn)，運(yùn)動軌跡比較復(fù)雜且不可預(yù)測，因此是一種可靠的保密通信載體，可以考慮利用混沌構(gòu)造密鑰達(dá)到信息加密的目的。

“憶阻器”一詞最早由CHUA[7]在1971年發(fā)表的《憶阻器—下落不明的電路元件》一文中出現(xiàn)，顧名思義，它是具有記憶的電阻，具有非線性特性，易于構(gòu)造混沌系統(tǒng)。因?yàn)闆]有物理器件的支撐，研究者們對憶阻器的研究一直處于瓶頸中。直到2008年，HP公司研究團(tuán)隊(duì)利用TiO2三明治模型驗(yàn)證了CHUA教授的理論分析[8]，如圖1所示。爾后，全球掀起了研究憶阻器的熱潮。

基于上面的描述，本文給出了分?jǐn)?shù)階憶阻超混沌系統(tǒng)在保密通信以及圖像加密中的應(yīng)用。

1 憶阻超混沌信號的實(shí)現(xiàn)

本文采用的憶阻模型[9]表達(dá)式如下：

2 憶阻超混沌系統(tǒng)在信息保密中的應(yīng)用

2.1 保密通信

利用混沌進(jìn)行保密通信的方式如下：

（1）利用混沌系統(tǒng)同步進(jìn)行保密通信;

（2）利用混沌映射自身的特性構(gòu)造密碼，實(shí)現(xiàn)信息加密。

2.2 圖像加密

憶阻混沌系統(tǒng)對初始值的敏感性必然導(dǎo)致系統(tǒng)的行為很難預(yù)測，即使相差毫厘的兩個初值都可能導(dǎo)致系統(tǒng)最終的狀態(tài)千差萬別。將混沌信號作為載體，初始條件作為密鑰，利用該密鑰產(chǎn)生的一些隨機(jī)序列對圖像進(jìn)行加密處理，并在輸出端輸出相同的密鑰對圖像進(jìn)行解密，由于憶阻混沌信號的加入，大大提高了圖像保密的安全性。

采用憶阻超混沌同步對圖像加密、解密的算法步驟：

Step1：原始圖像處理，即對P行Q列的原始圖像I進(jìn)行灰度和拉直處理，得到一個像素為P×Q的序列MP×Q;

Step2：憶阻混沌信號的選取，前端發(fā)送位置采用給定的混沌系統(tǒng)產(chǎn)生混沌序列，然后從混沌序列中取出長度為P×Q的子序列，記為H;

Step3：憶阻混沌信號處理，將序列H對I作取模運(yùn)算，進(jìn)一步得到二進(jìn)制序列NP×Q;

Step4：圖像加密，對序列MP×Q和NP×Q進(jìn)行按位異或運(yùn)算，得到新的序列，記為RP×Q，得到加密圖像;

Step5：圖像解密，后端接收位置采用與前端構(gòu)成同步的響應(yīng)系統(tǒng)作為圖像解密的工具，完成對傳輸圖像的解密。

選取初值C0=（0.01，0，0.01，0.012），圖5所示為待加密圖像，x1的混沌序列片段如圖6所示。

3 結(jié) 語

混沌同步的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，本文主要研究了分?jǐn)?shù)階憶阻超混沌系統(tǒng)的混沌同步在保密通信以及圖像加密中的應(yīng)用，給出信息加密以及解密的算法步驟，通過Matlab仿真實(shí)現(xiàn)信號的加密以及正確解密。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，混沌同步可以很好地完成圖像及數(shù)據(jù)的安全傳輸。

參 考 文 獻(xiàn)

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