一种基于粒子群算法及光混沌的DNA图像加密系统技术方案

本发明专利技术基于粒子群算法和光混沌的DNA图像加密系统，主激光器通过第一分束器连接二分束器，第二分束器口连接第一、第二从激光器，第一激光器依次通过第三分束器、第一混沌序列生成器连接第一密钥生成器；第二激光器依次通过第四分束器、第二混沌序列生成器连接第一密钥生成器，哈希序列生成器与第一密钥生成器连接，第一密钥生成器通过DNA加密器连接多目标粒子群优化器，粒子群优化器再连接第一密钥生成器，向DNA解密器传输密文；第二分束器连接第三、第四从激光器，第三从激光器依次通过第五分束器、第三混沌生成器连接第二密钥生成器，第四从激光器依次通过第六分束器、第四混沌生成器连接第二密钥生成器，第二密钥生成器连接DNA解密器。DNA解密器。DNA解密器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于粒子群算法及光混沌的DNA图像加密系统


[0001]本专利技术属于光纤保密通信与信息安全
，具体涉及一种基于粒子群算法和光混沌的DNA图像加密系统。

技术介绍

[0002]粒子群优化(PSO)算法是一种基于种群的搜索算法，它基于对群中鸟类社会行为的模拟。在PSO算法中，粒子群代表需要优化的个体，每个粒子都有两个属性，即速度和位置。所有粒子通过预设的适应度函数来衡量当前位置的优劣，以适应度值作为标准来选择个体的最佳位置、群体的最佳位置和群体的适应度值，从而在连续迭代中找到最优解。
[0003]激光器的不稳定性是一个普遍现象，混沌激光是激光器输出不稳定性的一种特殊形式，此时尽管激光器的动态特性同样可以由确定的速率方程来描述，但是激光器的输出(光强、波长、相位)在时域上不再是稳态，而是类似噪声的随机变化。激光器产生光混沌的典型方法就是通过外部光注入、光反馈或光电反馈。混沌激光天生具备隐蔽性，能很好的用于保密通信领域。混沌保密通信是依靠物理层面上的硬件加密，只有当接收者具有与发射机参数匹配的接收机时，才能接收到信息，否则，接收者(窃听者)只能收到类似噪声的混沌信号。
[0004]现有技术利用电混沌对图象进行加密，其存在复杂度低从而造成图像加密通信安全度低的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在图像保密通信的不足，本专利技术提供了一种基于粒子群算法和光混沌的DNA图像加密系统。本专利技术的创新之处在于，主激光器通过光反馈产生混沌激光信号，通过分束器将激光发送给四个从属激光器，这四个从激光器受到主激光器ML的光注入以及来自镜子的光反馈产生新的混沌激光。从激光器SL1、2用于发送端信息加密，SL3、4用于接收端信息解密。因需要达到混沌同步，激光器对应有相同的内部参数，SL1和SL3的输出相同，SL2和SL4的输出相同。发送端SL1、2产生的混沌激光生成混沌序列，与需要加密图像的哈希值以及粒子群优化后传入的混沌初始参数一起生成加密的密钥，用密钥将图像进行扩散以及DNA加密，加密后的密文图像经过多目标粒子群优化，得到具有最佳像素相关性以及图像熵的密文图像。密文图像经过光纤传输。在接收端，SL3、4产生与发送端相同的混沌激光，生成的混沌序列与接收到的密钥生成解密密钥，利用解密密钥对密文进行图像解密，解密操作是加密的逆过程，得到原图像。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]一种基于粒子群算法和光混沌的DNA图像加密系统，包括发送端和接收端；
[0008]所述发送端的主激光器通过第一分束器连接二分束器，第二分束器的其中两个端口连接第一从激光器、第二从激光器，用于产生混沌激光，第一激光器依次通过第三分束器、第一混沌序列生成器连接第一密钥生成器；第二激光器依次通过第四分束器、第二混沌
序列生成器连接第一密钥生成器，图像经过哈希序列生成器生成图像哈希值，哈希序列生成器与第一密钥生成器连接，第一密钥生成器通过DNA加密器连接多目标粒子群优化器，粒子群优化器再连接第一密钥生成器，在DNA加密器中进行图像的扩散与加密，DNA加密器输出密文图像，通过循环迭代找出最佳参数，向接收端的DNA解密器传输；第二分束器的另两个端口分别连接第三从激光器、第四从激光器，第三从激光器依次通过第五分束器、第三混沌生成器连接第二密钥生成器，第四从激光器依次通过第六分束器、第四混沌生成器连接第二密钥生成器，第二密钥生成器连接DNA解密器，在DNA解密器中进行图像的逆扩散与解密，图像经过光纤传输到接收端经过DNA解密器还原出原始图像信息。
[0009]作为优选方案，在发送端，激光器产生的混沌序列与电混沌映射产生的序列进行异或操作，以产生新的加密矩阵，加密矩阵对原始图像扩散，DNA加密过程将用此加密矩阵作为DNA运算的基本元。
[0010]作为优选方案，所述接收端，采用接收到的密钥以及与发送端同步的激光混沌序列生成解密的密钥，对接受的密文图像进行逆扩散和DNA解密，解密过程为加密的逆过程。
[0011]作为优选方案，在发送端，图像信息通过哈希序列生成器，第一密钥生成器、DNA加密器、多目标粒子群优化器，再通过光纤将信号发送出去。
[0012]作为优选方案，在接收端，信号接收后，依次通过第二密钥生成器、DNA解密器，恢复出原始信息。
[0013]作为优选方案，所述第一混沌激光器外腔反馈延迟时间为2.97ns。
[0014]作为优选方案，所述第一至第二混沌激光器的延迟时间为2.77ns，所述第一至第四混沌激光器的延迟时间为2.77ns。
[0015]作为优选方案，所述第一、第三混沌激光器延迟时间为2.67ns，所述第二、第四混沌激光器延迟时间为3.67ns。
[0016]作为优选方案，所述第一、第三混沌激光器偏置电流为32mA。其信号波长均为1550nm，功率为10mW。
[0017]作为优选方案，所述第二、第四混沌激光器的偏置电流为30mA。信号波长均为1550nm，功率为10mW。
[0018]作为优选方案，所述主混沌激光器的偏置电流为28mA。信号波长1550nm，功率为10mW。
[0019]本专利技术一种基于粒子群算法和光混沌的DNA图像加密系统的原理与过程为：利用激光产生的混沌与电混沌生成一个加密矩阵，使用加密矩阵进行图像扩散与DNA加密，将生成的密文图像经过粒子群优化，得到具有最佳像素相关性以及图像熵的密文图像。具体地，在发送端，第一从激光器SL1产生的混沌序列s1传输到第一密钥生成器，第二从激光器SL2产生的混沌序列s2传输到第一密钥生成器，分别从激光器SL1和SL2产生的混沌序列中取出图像大小M
×
N个值s1和s2，并将s1和s2映射到0
‑
255之间。
[0020]方法为：通过mod(floor(256
×
hash_key
×
S
1,2
),256)生成加密密钥。图像经过哈希序列生成器传输到第一密钥生成器，使用SHA
‑
1算法生成40位的十六进制散列，将散列分成4部分，每个部分10位十六进制数，并分别转成十进制数，分别为k1，k2，k3，k4，再将这些数合并成一个十进制整数k，操作为k＝(bitxor(bitxor(bitxor(k1,k2),k3),k4))；hash_key＝k
÷240
作为第二个密钥(bitxor(k1,k2)是将k1，k2化成二进制后按位异或得到的值再
转化成十进制)，粒子群优化后的电混沌参数传输到第一密钥生成器，作为第三个密钥，第一密钥生成器将密钥传输到DNA加密器。图像在DNA加密器中首先进行扩散，利用粒子群优化的参数x1和hash_key作为初值生成M
×
N长度的LTM(Logistic and Tent mapping)混沌序列，每个值对应着图像的一个像素，再对LTM序列进行从小到大排序，以此打乱图像的像素值，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于粒子群算法及光混沌的DNA图像加密系统，其特征是包括发送端和接收端；所述发送端的主激光器(1)通过第一分束器(2)连接二分束器(3)，第二分束器(3)的其中两个端口连接第一从激光器(4
‑
1)、第二从激光器(4
‑
2)，第一激光器(4
‑
1)依次通过第三分束器(5
‑
1)、第一混沌序列生成器(6
‑
1)连接第一密钥生成器(8
‑
1)；第二激光器(4
‑
2)依次通过第四分束器(5
‑
2)、第二混沌序列生成器(6
‑
2)连接第一密钥生成器(8
‑
1)；哈希序列生成器(7)与第一密钥生成器(8
‑
1)连接，第一密钥生成器(8
‑
1)通过DNA加密器(9)连接多目标粒子群优化器(10)，粒子群优化器(10)再连接第一密钥生成器(8
‑
1)，DNA加密器(9)输出密文图像，通过循环迭代找出最佳参数，向接收端的DNA解密器(11)传输；第二分束器(3)的另两个端口分别连接第三从激光器(4
‑
3)、第四从激光器(4
‑
4)，第三从激光器(4
‑
3)依次通过第五分束器(5
‑
3)、第三混沌生成器(6
‑
3)连接第二密钥生成器(8
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李齐良，肖涛，白皓若，胡淼，周雪芳，唐向宏，曾然，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：