一种用于计算机图像和通信加密的新四维混沌系统技术方案

本发明专利技术一种用于计算机图像和通信加密的新四维混沌系统，涉及计算机加密系统，改系统具有隐藏吸引子的新型四维混沌系统，通过分析发现该系统具有相当复杂的动力学特性，主要可应用于图像处理、通信加密等领域，主要涉及到复杂混沌研究等方面。该系统设计相对简单，但具有隐藏吸引子的同时还存在共存现象，通过复杂度分析更加验证了系统丰富的动力学特性。本发明专利技术通过NIST测试的15项指标，验证了该混沌系统的随机性。并且，可以在图像加密领域提供随机密码，能够有效的抵御外来计算机的系统攻击，具有良好的安全性，对混沌系统在通信和数字图像加密领域的应用有着重要的价值。字图像加密领域的应用有着重要的价值。字图像加密领域的应用有着重要的价值。

【技术实现步骤摘要】
一种用于计算机图像和通信加密的新四维混沌系统


[0001]本专利技术涉及一种计算机加密系统，特别是涉及一种用于计算机图像和通信加密的新四维混沌系统。

技术介绍

[0002]隐藏吸引子是指系统不具有平衡点的系统，是非线性科学领域的一个重要的研究方向。一般存在有一个稳定的平衡点、无平衡点和无穷多平衡点等情况，该吸引子于2013年才有详细且严格的数学公式说明，吸引了许多学者对其研究的兴趣，相对具有自激吸引子的普通耗散系统来说，具有隐藏吸引子的混沌系统复杂度更高，动力学特性更为丰富，在图像加密中具有良好的安全性能。
[0003]共存现象是一种有趣且复杂的现象，它是指在初始条件不同的情况下产生不同的吸引子，而不同吸引子可以同时存在的现象，这种特殊的现象反映了系统具有多样性的特点。因此，随着对混沌理论的研究深入，许多学者对其进行了探究与分析，发现具有共存吸引子的混沌系统，动力形态丰富且复杂，在通信加密等工程领域中具有重要的应用价值。
[0004]图像加密是利用加密算法对明文进行加密和解密的过程，通过大量指标方法，如直方图、信息熵、密钥敏感性以及系数相关性等分析，验证算法具有良好的保密功能，混沌序列的不均匀性为信息安全领域做出了一定贡献，加密算法的可行性与有效性为保密通信提供了一定的理论支撑。
[0005]目前，随着科技的不断进步与发展，信息飞速发展的时代，信息保密要求也更加严格，而混沌系统具有初始值敏感性、遍历性、随机性等特点，因此混沌系统可应用在图像保密方面，能够有效地避免耗散系统本身具有的部分缺陷，具有一定的保密功能且安全性能良好。
[0006]因此，对于具有隐藏吸引子的混沌系统存在共存现象的研究是十分必要的，该研究在图像保密、通信等领域方面均有良好的应用价值和应用前景。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种用于计算机图像和通信加密的新四维混沌系统，专利技术目的：提供了一种具有隐藏吸引子的新四维混沌系统，研究该系统的共存现象及图像加密的应用，相对于传统混沌系统来讲，系统的复杂特性更强，一般应用于在图像加密、数字通信中。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于计算机图像和通信加密的新四维混沌系统，所述系统具有隐藏吸引子、存在共存现象，具有如下数学模型：
其中，状态变量为，设定参数值为。
[0009]所述的一种用于计算机图像和通信加密的新四维混沌系统，所述混沌系统不具有平衡点，即混沌系统存在隐藏吸引子。
[0010]所述的一种用于计算机图像和通信加密的新四维混沌系统，所述系统参数值与初始条件可以变换，存在不同参数值与不同初始条件情况下存在不同情况的共存现象。
[0011]所述的一种用于计算机图像和通信加密的新四维混沌系统，所述系统应用于图像加密中，通过大量实验验证具有可实现性，同时具有良好的保密性能。
[0012]本专利技术的优点与效果是：相对于具有自激吸引子的传统混沌系统，本专利技术具有简洁的系统，它不具有平衡点，但却拥有丰富的动力学特性，复杂度高。参数值和初始条件的改变带来吸引子的改变。在相空间中，存在共存吸引子。该系统还具有随机性，进行图像加密时具有良好的抵御外来计算机的系统攻击的安全性能。
[0013]本专利技术系统具有隐藏吸引子的新型四维混沌系统，通过分析发现该系统具有相当复杂的动力学特性，主要可应用于图像处理、通信加密等领域，主要涉及到复杂混沌研究等方面。该系统设计相对简单，但具有隐藏吸引子的同时还存在共存现象，通过复杂度分析更加验证了系统丰富的动力学特性。本专利技术通过NIST测试的15项指标，验证了该混沌系统的随机性。并且，可以在图像加密领域提供随机密码，能够有效的抵御外来计算机的系统攻击，对混沌系统在通信和数字图像加密领域的应用有着重要的价值。
附图说明
[0014]图1(a)是本专利技术所述系统的相图；图1(b)是本专利技术所述系统的相图；图2是本专利技术混沌系统的李雅普诺夫指数谱；图3(a)是本专利技术b取值不同时的周期吸引子共存；图3(b)是本专利技术b取值不同时的混沌吸引子共存；图3(c)是本专利技术b取值不同且初始条件不同时的混沌吸引子共存；图4(a)是本专利技术C0复杂度分析；图4(b)是本专利技术SE复杂度分析；图5(a)是本专利技术图像加密明文图；图5(b)是本专利技术图像加密密文图；图5(c)是本专利技术图像加密解密图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图所示附图对本专利技术做进一步的说明。
[0016]本专利技术一个含有隐藏吸引子的新四维混沌系统，其系统是不具有平衡点的，并有如下数学模型：其中，给定参数为状态变量。初始条件为，由此可产生混沌吸引子，如图1(a)、1(b)所示。
[0017]通过如图2所示的李雅普诺夫指数可进一步证明该系统存在混沌吸引子，在不同参数值条件下产生共存吸引子，根据李雅普诺夫指数图，通过改变a和b的值以及初始条件可得到周期与周期吸引子共存现象、混沌与混沌吸引子共存现象、不同的混沌吸引子共存现象分别如图3(a)、3(b)和3(c)，说明系统具有丰富且复杂的混沌动态特性。
[0018]对混沌系统进行复杂度分析，利用C0复杂度和SE复杂度算法分析，如图4(a)和4(b)所示。由图示可以看出，C0的值均在0.52以上，即在序列当中不规则部分较大，说明序列的复杂度大。分析SE复杂度图像可以看出，谱熵值整体处于0.9以上，序列振幅明显，测量值较高，综上可得系统的复杂程度较高。
[0019]对具有隐藏吸引子的新四维混沌系统应用置乱加密算法，选取合适的密钥对经典Lena女神图像进行算法仿真，如图5(a)、5(b)和5(c)所示的明文图、加密图和解密图。
[0020]根据运行结果可以得知通过加密和解密之后，图像完全相同，说明具有良好的加密和解密效果，并且该加密方法是具有可实现性的。进行仿真实验与性能分析，保密后直方图相对平稳，信息熵较高，说明保密性较高；通过相关性分析可以发现明文图像有很强的相关性，经过保密处理之后，图像相邻像素相关性应当较弱，说明该系统的安全性较强。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于计算机图像和通信加密的新四维混沌系统，其特征在于，所述系统具有隐藏吸引子、存在共存现象，具有如下数学模型：其中，状态变量为，设定参数值为。2.根据权利要求1所述的一种用于计算机图像和通信加密的新四维混沌系统，其特征在于，所述混沌系统不具有平衡点，即混沌系统存在隐藏吸引子。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜闽秀，张萍，
申请(专利权)人：沈阳化工大学，
类型：发明
国别省市：