一种基于保守超混沌系统的脆弱水印算法

提出了一种新颖的基于混沌系统的数字图像脆弱水印算法。所提出的方案引入了一个高维保守超混沌系统与数字图像关联生成混沌序列,通过转置卷积重构后得到水印信息,将其嵌入到图像像素的最低有效位(Least Significant Bit,LSB)。相比耗散混沌,保守超混沌系统因其不具有混沌吸引子的性质和超混沌特性,可以在符合人眼视觉的掩蔽性的同时,增强安全性能。实验结果表明,该方法安全可靠,能够在各种攻击下获得较高的篡改检测和定位精度。

基于混沌系统和动态DNA编码的彩色图像加密算法

为了提高图像在传输过程中的安全性,使得用户有更好的体验感,将Chen超混沌系统和DNA编码引入图像加密领域;彩色数字图像根据红、绿、蓝3个通道分为三个二维矩阵,并对三个二维矩阵进行DNA分区域编码处理,增加了编码运算的多样性,使得加密过程更加安全;由Chen超混沌系统生成的序列决定了每个二维矩阵的DNA编码解码规则和运算规则,按照相应规则进行加密,加密后由分段Logistic生成相应的序列再次进行行、列置换,分段的Logistic混沌映射可以让系统更快地进入混沌状态;合并红、绿、蓝3个通道的三个二维矩阵,生成三维矩阵,最终得到相应的彩色加密图像;选取相应的彩色图像进行仿真实验,最终的仿真结果表明,所提出的算法加密效果和相关性能指标良好,同时具有较强的安全性和鲁棒性。

分数阶Rucklidge不确定混沌系统的自适应滑模同步

研究具有模型不确定及外部扰动条件下,分数阶Rucklidge系统的自适应滑模同步问题,通过设计一个滑模函数,获得分数阶Rucklidge不确定混沌系统自适应滑模同步的两个充分条件,该滑模函数可以平推到整数阶Rucklige混沌系统.用数值仿真算例检验了所得结论.

基于二维离散混沌系统和DNA的图像加密方案

为丰富低维离散混沌系统的动力学特性以及克服脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)编码的引入使混沌图像加密系统安全性易于降低的问题,基于Arnold映射构建具有恒定正Lyapunov指数的2维离散混沌系统,并将其与DNA编码结合,设计一个混沌图像加密方案.所设计的混沌系统模型中不含非线性项,系统具有超混沌动力学行为;加密方案中用于加密的混沌序列为明文图像像素与密钥的加取模运算结果,图像按4×4大小予以分块,扩散算法中的DNA加减、异或、同或等运算分别基于DNA编码规则1、规则4和规则7.仿真实验和性能分析结果表明:加密方案的密钥空间达到2^(266),信息熵为7.9993 bit,密钥灵敏度达到10^(−15),平均像素变化率(number of pixel change rate,NPCR)、统一平均变化强度(unified average change intensity,UACI)、块平均变化强度(block average change intensity,BACI)分别为99.6092%、33.4664%、26.7718%.

一种三维混沌系统的混沌同步研究

混沌同步在保密通信领域有着广阔的应用前景,但要实现混沌保密通信,位于接收端和发送端的两个混沌系统必须达到混沌同步。为此,采用简单的线性反馈控制实现了一个新三维混沌系统的混沌同步控制,并应用Lyapunov稳定性理论,证明了两个混沌系统在线性反馈控制下实现混沌同步的条件。根据这些同步条件,只要给定系统参数值,就能够判断两个混沌系统是否能够达到混沌同步;另一方面,也可以根据这些判据来选取实现混沌同步的系统参数。最后,进行了计算机仿真,验证了所得到的同步条件是有效的。

基于保守超混沌系统的虹膜特征提取算法

虹膜特征与其他生物特征相比具有独特优势,因其可以为加密算法生成足够长的密钥。虹膜特征提取是虹膜识别过程中的关键问题。针对密钥安全性和计算效率两大问题,提出了一种新颖的基于保守超混沌系统的虹膜特征提取方法,并结合局部二进制模式(Local Binary Pattern,LBP)和高斯函数差分(Difference of Gaussian,DOG)技术。首先,选择五维保守超混沌系统,验证其保守性和超混沌性质;其次,根据375位虹膜特征码和上述系统,产生特征矩阵,并对该矩阵进行图像增强处理;最后,通过提取DOG极值点和LBP特征,并根据提出的特征融合规则生成128位密钥。实验表明,生成的密钥可以通过美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)随机性测试,且对虹膜特征码极其敏感。

Jafari-Sprott混沌系统滑模同步两个方案

文章研究了Jafari-Sprott混沌系统的滑模同步问题,以李雅普诺夫稳定性理论和同步控制相关理论为基础,得出了同步控制的研究结论,并给出实现Jafari-Sprott混沌系统同步的两种方案。最后用MATLAB做出数值仿真,画出了吸引子相图和系统的误差曲线,对所得结果进行了数值验证,确定了同步方案的可行性与有效性.

一类混沌系统的滑模控制及其在安全通信中应用

混沌序列表现出来的特征与密码学非常相似,非常适合于安全通信中的信号加密。这种加密方案都是基于混沌同步控制的技术。现有的自适应滑模同步控制虽然能达到混沌同步控制的效果,但是造成了系统结构复杂化,同时还存在稳定性差等问题。为了简化系统的结构,同时确保系统的稳定性,基于主从控制技术研究了一类混沌系统的滑模同步控制并在安全通信中开展应用。首先,通过构建Lyapunov函数从理论上证实了系统同步稳定性的条件。其次,根据驱动系统只有一个控制器的结构特点,选择滑模控制设置合适的参数实现了Loren混沌系统的同步控制。再次,结合混沌掩盖技术将该方案应用到安全通信中。最后进行了数值仿真,结果表明系统在2.2 s左右实现了同步,并且混沌加密的信号经过同步信号解密后与原信号完全一致,数值仿真结果验证了方案的正确性。

一类含常数项的混沌系统在未知参数下的同步

研究了一个新的含有常数项的混沌系统在参数未知情况下的修正函数投影同步问题。对新的含有常数项的混沌系统从平衡点的稳定性、耗散性、poincare映射、功率谱及初值敏感性5个方面进行了特性分析。基于修正函数投影同步方法,设计了有效的控制输入及参数自适应律,根据Lyapunov函数稳定性定理从理论上证明修正函数投影同步误差系统在原点的渐近稳定性,从而实现了新混沌系统的修正函数投影同步控制。数值模拟仿真证明了同步方法的正确性,该同步方法可以应用于混沌保密通信的研究中。

类Chen-Qi混沌系统的固定时间自适应同步控制

类Chen-Qi四维混沌系统的渐近稳定控制的同步误差不能在有限时间内收敛到零,有限时间控制的同步误差收敛到零的状况与初值有关.因此,本文应用固定时间控制技术,设计了自适应控制器和参数估计律,试图使得驱动系统与同类型的参数未知的响应系统在固定时间内达到同步,完成了理论证明.应用数值仿真考察同步误差收敛到零的状况.选取不同参数值,不同状态初值,考察状态时程图、同步误差曲线等.结果表明:混沌运动时,固定时间内同步误差收敛到零的效果较好,与状态初值无关,收敛时间符合理论计算值;周期运动时,固定时间内前三个状态的同步误差收敛到零的效果较好,收敛时间符合理论计算值,但第四个状态的同步误差的收敛时间不符合理论计算值,其原因是系统存在的三次非线性项的不平衡、不匹配.

一种纠缠混沌系统的动力学分析及在图像加密中的应用

根据纠缠混沌系统的原理,构建了一种含有余弦纠缠项的纠缠混沌系统,运用李雅普诺夫指数、分岔图及功率谱图等对系统参数变化的动力学特性进行了理论分析,数值仿真发现了该系统参数敏感特性高的混沌区间,从而验证了该系统的动力学性能.为了实现该电路原理的应用,基于Multisim 14软件设计了纠缠混沌系统电路,证明了该纠缠混沌电路设计在实际工程上的可操作性.最后,进一步应用该系统对图像进行加密,利用敏感特性参数区间混沌序列,结合DNA算法,对图像的信息熵、直方图及像素相关性进行分析证明,Matlab仿真结果表明所提出的纠缠混沌系统具有较高的应用价值及安全性能.

混沌系统动力学特性分析及有限时间同步控制

混沌系统同步控制收敛速度是衡量系统同步控制的重要指标,本文提出分数阶超混沌Chen系统的有限时间同步,能有效控制系统同步的收敛性。基于Lyapunov稳定性理论,研究了分数阶Chen超混沌系统动力学特性及其有限时间同步控制。首先,通过其指数的计算证实了系统是超混沌系统,通过计算分数阶超混沌系统的平衡点和特征值验证了系统的稳定性;其次,结合混沌系统的主从控制技术以及有限时间同步理论,通过设置合适的控制函数,将混沌系统的同步控制转换为系统误差系统的控制;再次,通过引理和定理的理论分析,从理论上证实了分数阶超混沌系统在有限时间内可以实现同步。最后,数值仿真结果与理论分析完全相吻合,系统大约在2.2 s左右实现同步并且具有很好的收敛性。

一种多策略改进鲸鱼优化算法的混沌系统参数辨识

针对混沌系统参数辨识精度不高的问题,以鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)为基础,提出一种多策略改进鲸鱼优化算法(multi-strategy improved whale optimization algorithm,MIWOA)。采用Chebyshev混沌映射选取高质量初始种群,采用非线性收敛因子和自适应权重,提高算法收敛速度,为了避免算法陷入局部最优,动态选择自适应t分布或蚁狮优化算法更新后期位置,提高处理局部极值的能力。通过对10个基准函数和高维测试函数进行仿真试验,表明MIWOA具有良好的稳定性和收敛精度。将MIWOA应用于辨识Rossler和Lu混沌系统参数,仿真结果优于现有成果,表明本文MIWOA辨识混沌系统参数的高效性和实用性。

具有共存吸引子混沌系统的自适应同步控制

在一个三维混沌系统的基础上,通过添加一个非线性反馈控制器,得到一个新的四维混沌系统。通过相图、功率谱、庞加莱截面、李雅普诺夫指数、平衡点等证明了系统的混沌特性,并通过分岔图分析了系统在不同参数下的运动状态。研究发现,该系统具有非常复杂的动力学行为和共存吸引子现象。同时,通过设置不同的初始值和不同的偏移增量,分别证明了系统具有共存吸引子,此结论对混沌保密通信等领域有一定的应用价值。通过0-1测试证明了混沌和周期运动的存在,并通过谱熵(spectral entropy,SE)算法和C0算法讨论了系统的复杂度。最后,设计了自适应同步控制器,仿真结果证明新系统可以在参数不确定的情况下实现同步控制,表明控制器是有效的。

基于一个四维超混沌系统的图像加密算法

针对低维混沌系统复杂性低、应用在图像加密中效果差等问题,通过相图、分岔图、Lyapunov指数谱以及谱熵复杂度等方面探究了一个四维超混沌系统的动力学特性及其加密应用。仿真结果表明上述系统的混沌状态分布在较大的参数范围内并且具有较大的复杂度值,说明上述系统能够很好的应用于图像加密。为此设计了一种基于四维超混沌的图像加密方案。算法主要利用改进的Arnold变换将明文图像的像素点位置进行扰乱,并通过加取模运算对置乱后的图像进行扩散,得到加密图像。最后通过密钥空间、相邻像素间相关性、信息熵、直方图以及差分攻击等方面分析了算法的安全性能。实验结果表明,上述加密算法不仅能够有效地对图像进行加密而且具有较高的安全性能。

参数未知的复混沌系统错位复修正函数投影同步

为解决参数未知的复混沌系统在复杂状态变量无法分离情况下的同步控制问题,提出了错位复修正函数投影同步(misalignment complex correction function projection synchronization,MCCFPS)控制方案。首先,设计一种自适应跟踪控制器,使其能够适应任意有界复混沌系统之间的差异。该控制器通过动态控制强度和收敛因子增强自适应能力并调节收敛速度,通过Lyapunov理论证明该控制器的收敛性,从而为控制方案的可靠性提供理论支持。然后,对两个异构的复混沌系统进行动力学模型分析,计算并比较混沌系统和复混沌系统时间序列的模糊熵,验证复混沌系统的复杂度更高,从而突显其同步控制在保密通信应用中的优越性,并进一步设计其MCCFPS同步方案。最后,通过数值仿真验证MCCFPS方案的有效性。结果表明:该方案能够成功实现复混沌系统的同步控制,并具有良好的同步效果和控制性能。总体来说,相较于传统的混沌系统,研究引入复变量,并采用更复杂的MCCFPS同步控制方案,直接在复域中实现混沌同步,有效提高了系统的安全性。研究结果为复系统同步控制问题提供了新的思路和途径,具有重要的应用价值。

基于时变互耦合双混沌系统的轻量级序列密码

文章针对资源受限的物联网环境下的数据加密传输问题,设计了一种基于时变互耦合双混沌系统的轻量级序列密码。以Tent和Arnold混沌映射为基础,通过引入累加器和耦合项,构造一种用于序列密码内部状态更新的时变双混沌系统,基于位操作,对密钥流输出部分进行设计。文章对算法的基本运算、参数、精度、实现方式和策略进行设计并在FPGA上实现,硬件资源消耗为2370个等效门,密钥流输出速率为1.68 bit/clk。分析表明,该密码具有良好的安全性和抗攻击能力,与ISO/IEC标准的轻量级序列密码相比,安全性、资源消耗和吞吐量均有显著优势。

基于超混沌系统及有限域的图像加密算法

混沌系统由于其自身的混沌特性,被广泛应用于安全通信领域;但近年来,低维的混沌系统存在退化现象、密钥空间小等问题,应用于图像加密其安全性能并不高.为了提高混沌系统的复杂性,从相图、平衡点、Lyapunov指数谱、分岔图以及谱熵复杂度等方面探究了一个四维超混沌系统的动力学特性.分析结果表明,该系统能够在较大的参数范围内展示出混沌现象,且在一定的参数范围内有2个正的Lyapunov指数,进一步证实该系统为超混沌系统,从而基于该系统和有限域理论设计了一个加密算法.在加密过程中先用2次置乱对图像进行预处理,再基于有限域进行扩散以达到加密的目的.安全性实验结果证明该加密方案安全性能较高,可以抵抗常见的攻击.

基于一个复混沌系统的图像加密算法

为改进基于低维系统设计的加密算法存在密钥空间小等缺陷,构造了一个新的五维复混沌系统,利用相图、平衡点、参数的影响、Lyapunov指数谱、分岔图以及谱熵复杂度探究了其混沌动力学性质。研究发现复系统动力学行为丰富,较低维系统更适合应用于图像加密算法。进而,基于此系统,提出了一个新的加密方案。该方案包括三次扩散及一次置乱,可以很好地增加图像传输中的安全性。最后,通过计算密钥空间、信息熵、相邻像素相关性等对此加密方案进行性能分析。分析结果表明,所设计的加密方案具有较大的密钥空间,拥有良好的加密效果和抵挡外部攻击的能力。

忆阻Sprott-R混沌系统的复杂动态分析与电路实现

基于Sprott-R三维混沌系统,提出了一个具有多稳态和调幅特性的简单四维忆阻混沌系统。首先分析了系统的稳定性,发现该系统具有无穷多个不稳定平衡点。进而利用Lyapunov指数谱、分岔图及相平面图,研究了该忆阻混沌系统的复杂动力学行为特性。研究结果表明,当系统参数发生变化时,系统会经反倍周期分岔由混沌态进入周期态;在不同初始条件下,系统能产生三种共存吸引子,分别为双混沌吸引子共存、周期极限环与混沌吸引子共存、双周期极限环共存;当初始条件变化时,系统输出四维混沌信号的幅度均发生变化。最后,对该系统进行了电路设计与仿真,验证了该忆阻混沌系统的存在性。