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基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法技术

技术编号:37665118 阅读:11 留言:0更新日期:2023-05-26 04:22
本发明专利技术涉及视频加密技术领域,具体涉及基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法、以及使用了该种视频加密方法的视频加密装置。本发明专利技术构建了一种具有可控同质多稳态的分数阶忆阻混沌映射,利用其产生的持续且稳定的增强混沌序列对视频数据进行加密。本发明专利技术中不同的加密步骤使用了不同的增强混沌序列,从而产生了较高的安全性。本发明专利技术可以有效的抵抗噪声攻击,并且对抵抗加密视频数据在传输过程中的数据丢失有很好的鲁棒性。本发明专利技术对密钥的敏感性很高,密钥空间大,具有良好的实际应用前景。用前景。用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法


[0001]本专利技术涉及视频加密
,具体涉及基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法、以及使用了该种视频加密方法的视频加密装置。

技术介绍

[0002]视频数据是信息的一个重要载体,然而,未加密的视频数据很容易受到攻击。AES(高级加密标准)、DES(数据加密标准)和IDEA(国际数据加密算法)等传统加密算法由于处理复杂且耗时,其局限性是显而易见的。基于一些有利的特性,如固有的高随机性和初值敏感性,混沌信号适合用于视频加密。在过去的几十年中,有许多关于基于混沌的视频加密的工作被报道。然而现有的基于混沌的视频加密算法存在安全性差、密钥空间小和对抵抗攻击的鲁棒性差等缺点,已加密的视频数据在传输的过程种容易受到攻击。
[0003]专利技术人在进行解决上述问题的过程中发现了忆阻器和多稳态。
[0004]其中,忆阻器是由蔡少棠在1971年预测的第四种基本电路元件。由于其独特的非线性和记忆特性,它广泛应用于非线性电路、神经网络和信息安全等领域。蔡于2014年定义了局部有源忆阻器,它被描述为在某些电压或电流值下具有负微分电阻或电导的忆阻器。由于它可以产生比无源忆阻器更复杂的动力学行为,因此具有更广阔的应用前景。而且局部有源离散忆阻器更容易在数字电路中实现。由于离散记忆效应,分数阶差分方程比整数阶差分方程更接近现实,因此,通过分数阶差分可以更准确地描述对象。Grunwald Letnikov、Riemann Liouville和Caputo是分数阶差分的三种常见定义,其中Caputo分数阶差分的定义因其更明确的物理意义和易于在工程中实现而被广泛使用。
[0005]多稳态被描述为一种动力学行为,其中系统可以从不同的初始值产生具有不同位置或拓扑结构的共存吸引子。特别地,如果系统能够在不同位置生成具有相同拓扑结构的共存吸引子,则该系统具有同质多稳态。具有同质多稳态的共存吸引子可以提供持续且稳定的增强混沌序列,其振荡幅度可以通过控制初始值来灵活地无损切换,这为许多基于混沌的工程应用带来了极大的便利。控制多稳态使得混沌系统能够在期望的状态下运行是有意义的。现有的工作主要集中在具有不可控数量的共存吸引子的初始偏置行为的研究,而关于可控多稳态的报道很少。

技术实现思路

[0006]基于此,有必要针对现有基于混沌的视频加密算法存在安全性差、密钥空间小和对抵抗攻击的鲁棒性差的问题,提供基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法,先提出了一种基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射,将由此产生的可控的增强混沌序列用于视频加密。
[0007]本专利技术采用以下技术方案实现:
[0008]第一方面,本专利技术公开了基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法,用于将原始视频处理成加密视频。
[0009]基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法包括:
[0010]构建分数阶忆阻混沌映射,并生成持续且稳定的增强混沌序列;
[0011]提取并储存原始视频的所有帧图像P
j
,j=1,2,3,


[0012]将提取的帧图像P
j
分解为R、G、B三个通道的像素矩阵P
jR
、P
jG
、P
jB

[0013]对P
jR
、P
jG
、P
jB
进行混沌加密;
[0014]将H
R
、H
G
、H
B
重塑为加密后的帧图像P'
j

[0015]将所有加密后的帧图像P'
j
重构为加密视频。
[0016]其中,进行混沌加密的方法包括:
[0017]步骤401,使用增强混沌序列的第一部分对P
jR
、P
jG
、P
jB
进行置乱操作,得到置乱矩阵V
R
、V
G
、V
B

[0018]步骤402,使用增强混沌序列的第二部分对V
R
、V
G
、V
B
进行移位扩散,得到移位扩散的像素矩阵V'
R
、V'
G
、V'
B

[0019]步骤403,使用增强混沌序列的第三部分对V'
R
、V'
G
、V'
B
进行异或扩散,得到异或扩散后的像素矩阵H
R
、H
G
、H
B

[0020]基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法的实现根据本公开的实施例的方法或过程。
[0021]第二方面,本专利技术公开了一种视频加密装置,使用了如第一方面公开的基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法。
[0022]视频加密装置包括混沌序列生成模块、视频处理模块、图像分解模块、混沌加密模块、矩阵重塑模块、视频重构模块。
[0023]混沌序列生成模块用于构建分数阶忆阻混沌映射,并生成持续且稳定的增强混沌序列。视频处理模块用于提取并储存原始视频的所有帧图像P
j
,j=1,2,3,

。图像分解模块用于对提取的帧图像P
j
分解为R、G、B三个通道的像素矩阵P
jR
、P
jG
、P
jB
。混沌加密模块用于对P
jR
、P
jG
、P
jB
进行混沌加密得到H
R
、H
G
、H
B
。矩阵重塑模块用于将H
R
、H
G
、H
B
重塑为加密后的帧图像P'
j
。视频重构模块用于将所有加密后的帧图像P'
j
重构为加密视频。
[0024]该种视频加密装置的实现根据本公开的实施例的方法或过程。
[0025]与现有技术相比,本专利技术具备如下有益效果:
[0026]1,本专利技术构建了一种具有可控同质多稳态的分数阶忆阻混沌映射,利用其产生的持续且稳定的增强混沌序列对视频数据进行加密;本专利技术中不同的加密步骤使用了不同的增强混沌序列,从而产生了较高的安全性。
[0027]2,本专利技术可以有效得抵抗噪声攻击,并且对抵抗加密视频数据在传输过程中的数据丢失有很好的鲁棒性;本专利技术对密钥的敏感性很高,密钥空间大,具有良好的实际应用前景。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1中基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法的简要流程图;
[0029]图2为本专利技术实施例1中基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法的流程图。
[0030]图本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法,用于将原始视频处理成加密视频,其特征在于,所述视频加密方法包括:构建分数阶忆阻混沌映射,并生成持续且稳定的增强混沌序列;提取并储存原始视频的所有帧图像P
j
,j=1,2,3,

;将提取的帧图像P
j
分解为R、G、B三个通道的像素矩阵P
jR
、P
jG
、P
jB
;对P
jR
、P
jG
、P
jB
进行混沌加密;其中,进行混沌加密的方法包括:步骤401,使用增强混沌序列的第一部分对P
jR
、P
jG
、P
jB
进行置乱操作,得到置乱矩阵V
R
、V
G
、V
B
;步骤402,使用增强混沌序列的第二部分对V
R
、V
G
、V
B
进行移位扩散,得到移位扩散的像素矩阵V
R
'、V
G
'、V
B
';步骤403,使用增强混沌序列的第三部分对V
R
'、V
G
'、V
B
'进行异或扩散,得到异或扩散后的像素矩阵H
R
、H
G
、H
B
;将H
R
、H
G
、H
B
重塑为加密后的帧图像P
j
';将所有加密后的帧图像P
j
'重构为加密视频。2.根据权利要求1所述的基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法,其特征在于,构建分数阶忆阻混沌映射的方法包括:构建具有多段非线性函数的局部有源离散忆阻器,并将其引入分数阶混沌映射,生成分数阶忆阻混沌映射;所述分数阶忆阻混沌映射的数学方程为:其中,u(z(n))为忆阻器内部状态变量函数;c、d、I是忆阻器内部参数,b是系统参数,f、μ、γ、a是常数,k是耦合系数,q是分数阶次,x(n)、y(n)、z(n)是状态变量,x(0)、y(0)、z(0)分别是相应状态变量的初始值。3.根据权利要求2所述的基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法,其特征在于,q=0.95,a=5.5,b∈[0.45,0.49],μ=γ=0.46,c=

0.55,k=0.1,d=1.3,f=2000。4.根据权利要求2所述的基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法,其特征在于,q=0.95,a=5.5,b=0.46,μ=γ=0.46,c=

0.55,k=0.1,d=1.3,f=2000。5.根据权利要求3或4所述的基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法,其特征在于,所述增强混沌序列的生成方法包括:令I=1,q=0.95,a=5.5,b=0.46,μ=γ=0.46,c=

0.55,k=0.1,d=1.3,f=2000;所述分数阶忆阻混沌映射生成5个共存的混沌吸引子;
将分数阶忆阻混沌映射迭代M
×
N次,得到5组增强混沌序列i2=1,2,3,4,5;其中,M和N分别表征P
jR
、P
jG
、P
jB
的行数和列数;5组增强混沌序列包括第一部分、第二部分、第三部分,第一部分为Z1、Z2、Z3,第二部分为Z4,第三部分为Z5。6.根据权利要求5所述的基于可控多稳态的分数阶忆阻混沌映射的视频加密方法,其特征在于,步骤401包括:步骤4011,将Z1的前M个值按升序排列,获得索引向量Q1;对P
jR
的行进行置乱,得到矩阵C
R
,其中,C
R
(l,:)=P
jR
(Q1(l),:),l=1,...,M;对P
jG
的行进行置乱,得到矩阵C
G
,其中,C
G
(l,:)=P
jG
(Q1(l),:);对P
jB
的行进行置乱,得到矩阵C
B
,其中,C
B
(l,:)=P
jB
(Q1(l),:);步骤4012,将Z2的前N个值按降序排列,获得索引向量Q2;对C
R
的列进行置乱,得到矩阵D
R
,其中,D
R
(:,m)=C
R
(:,Q2(m)),m=1,...,N;对C
G
的列进行置乱,得到矩阵D
G
,其中,D
G
(:,m)=C
G
(:,Q2(m));对C
B
的列进行置乱,得到矩阵D
B
,其中,D
B
(:,m)=C
B
(:,Q2(m));步骤4013,将Z3的前M
×
N个值按升序排列,获得索引向量Q3;将矩阵D
R
转换为一维向量E
R
,对D
R
进行全局置乱得到一维向量F
R
,其中,F
R
(o)=E
R
(Q3(o)),o=1,......,M
×
N;将矩阵D
G
转换为一维向量E
G
,对D
G
进行全局置乱得到一维向量F
G
,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:丁大为王金杨宗立张红伟王谋媛张亚利施少卿
申请(专利权)人:安徽大学
类型:发明
国别省市:

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