一种基于压缩感知混沌加密的高安全光传输方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于压缩感知混沌加密的高安全光传输方法及系统，主要通过四维离散混沌系统同时生成x、y、z、w四个混沌序列，分别用于CRP、BCS、扩散和奇异值分解(SVD)嵌入。首先在BCS和CRP体系结构下进行分割、压缩及加密，实现对数据的压缩及第一次加密；然后通过测量矩阵测量进行第二次加密；再经过图像扩散操作进行第三次加密，生成类噪声的秘密图像，完成初步加密；最后采用SVD技术嵌入对初步加密后秘密图像嵌入至载体图像，生成具有视觉安全的加密图像，实现对源图像的数据和外在表现形式进行双重保护。形式进行双重保护。形式进行双重保护。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压缩感知混沌加密的高安全光传输方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种基于压缩感知混沌加密的高安全光传输方法及系统，属于通信领域的光传输


技术介绍

[0002]随着信息技术和网络技术的高速发展，网络已经成为信息传输的主流载体，其中数字图像、视频等多媒体信息载体，因其承载信息量大、形象直观等特点，被广泛地应用于经济、医学、国防及民生等各个领域。然而，由于光网络开放性的不断增强，数据流量、用户数量的日益增加，网络攻击也变得多样化，变得更加复杂和难以解决，信号的传输效率及安全问题日益突出，信息的高速率高安全传输成为关乎国家安全和发展的重大战略问题。那么如何节约带宽，在相同带宽情况下传输更多信息，满足用户大容量高速率的信息需求，如何在保证信息大容量高速率传输的同时，对信息的安全进行有效保护，这对于个人、企业乃至国家的信息传输都具有重大的意义和研究价值。
[0003]压缩感知(CS)是近年来诞生的一种新的信号处理理论，自诞生便引起了相关研究人员的极大关注。该技术突破了传统奈奎斯特采样理论限制，当信号在某个域是稀疏的，可采用低于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知混沌加密的高安全光传输方法，其特征在于：在发射端，首先将源图像的图像类型数据转换成二进制数，然后经过BCS混沌加密模块对数据进行压缩和初步加密后，再经过嵌入模块将初步加密后的秘密图像嵌入至载体图像，生成具有视觉安全的加密图像，最后经过串并变换将串行的二进制数据转换并行数据通过OFDM调制后，进入信道传输；在接收端，通过光电探测器接收信号光，对接收到的信号进行OFDM解调和并串转换后，提取的源图片数据并进行解密操作，恢复出源图片二进制数据，源图片二进制数据数值转换为图片数据，输出源图像。2.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知混沌加密的高安全光传输方法，其特征在于：所述BCS混沌加密模块通过块压缩感知技术对数据同时进行采样和压缩；当信号x∈R
n
具有稀疏性时，x＝ψa，其中，设ψ是由正交稀疏基组成的矩阵，a是稀疏系数向量，x的压缩观测值y表示为y＝φx，其中φ∈R
m
×
n
是测量矩阵，该表达式有无数个解，得到压缩感知方程为y＝φx＝φψa＝Da；其中D为感知矩阵，D＝(φψ)；块压缩感知是将大小为N
×
N的图像分为B
×
B大小相等且不重叠的小块，这些块在一个域中稀疏地表示，然后重构为长度为B2的一维向量；然后，利用测量矩阵对系数向量进行压缩，得到相应的测量向量，采样过程记为y
i
＝φ
Bi
x
i
，其中y
i
代表测量向量，φ
Bi
测量矩阵，x
i
代表系数向量。3.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知混沌加密的高安全光传输方法，其特征在于：所述BCS混沌加密模块对数据进行初步加密的过程包括：第一次加密：对源图像进行块划分、离散余弦变换、Z字形扫描和系数随机排列，最后通过混沌密钥对每个板块的数组不同频率分量进行扰乱，将向量按照伪随机序列重新排序，得到四个最终重组的系数向量，完成第一次加密；第二次加密：构造一个Hadamard矩阵H，其大小为n2×
n2，设n2维数被4整除；然后对于第i个源图像块，用索引序列，取H对应的行向量，合并成部分Hadamard矩阵Hi，重复执行第一次加密过程，得到所有平面图像块的键控测量矩阵，完成第二次加密；第三次加密：将第二次加密后输出键控测量矩阵转化为(n/4)
×
n的矩阵，再将其重新组合为(N/4)
×
N的矩阵P1，然后将P1的元素量化到(0，255)图片数据的范围内得矩阵P2，利用密钥对公式(5)(6)执行图像扩散，完成第三次加密；P3(i)＝[P3(i
‑
1)+DS1(i)+P2(i)]mad256
ꢀꢀ
(5)P4(i)＝[P4(i+1)+DS2(i)+P3(i)]mad256
ꢀꢀ
(6)其中P3(i)和P4(i)表示矩阵的值，P4表示最终的秘密图像SI。4.根据权利要求3所述的一种基于压缩感知混沌加密的高安全光传输方法，其特征在于：第一次加密过程中密钥采用四维离散混沌模型生成的伪随机序列，四维离散混沌模型公式为：其中，a，b，c，d是常量，x，y，z，w为变量。5.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知混沌加密的高安全光传输方法，其特征在
于：嵌入模块将初步加密后的秘密图像嵌入至载体图像，生成具有视觉安全的加密图像的过程为：首先通过整数离散变换对载体图像进行分解，得到四个系数矩阵Q1、Q2、Q3和Q4，然后根据公式(1)对系数矩阵Q1进行奇异值分解，其中，U
Q1
和V
Q1
为两个单式矩阵，S
Q1
为一个包含所有奇异值的对角矩阵；然后，将对角矩阵S
Q1
的元素按公式(2)将秘密图像SI嵌入至载体图像，S
MQ1
＝S
Q1
+a
×
SI
ꢀꢀ
(2)其中，a表示增益因子，最后计算了改进的整数系数矩阵MQ1，通过对四个系数矩阵Q1、Q2、Q3和Q4的组合应用逆IWT，最终得到了一幅视觉上安全的加密图像。6.一种基于压缩感知混沌加密的高安全光传输系统，其特征在于，包括：发射端、信道和接收端；所述发射端设有数值转换器、BCS混沌加密模块、嵌入模块、串并转换器、OFDM调制器、调制器和激光器；首先将源图像的图像类型通过数值转换器将数据转换成二进制数，然后经过BCS混沌加密模块对数据进行压缩和初步加密后，再经过嵌入模块将初步加密后...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，任建新，毛雅亚，郭芷若，吴翔宇，吴泳锋，孙婷婷，赵立龙，戚志鹏，李莹，王凤，哈特，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：