基于多混沌映射算法的图像可逆化加密仿真

原图像经过对矩阵元素随机打乱可得到加密图像,加密后的图像可以有效防止已知攻击。可逆映射可以高效地实现像素置乱,但由于离散混沌序列的初始条件较为敏感,因此像素扩散置乱难度较大。为此提出基于多混沌映射算法的图像可逆化加密方法,在图像加密过程中,采用扩散置乱和Arnold变换置乱图像,通过Logistic映射系统和Chen系统生成离散混沌序列,置乱后图像中红、绿、蓝三基色分别执行异或运算,从而输出加密图像。在图像解密过程中,分别对扩散置乱、Arnold变换以及图像加密执行逆映射,输出解密图像,完成图像可逆化加密。实验结果表明,所提方法密钥敏感性和原图与解密图像像素值分布更均匀、相邻像素相关性更低,鲁棒性更强。

基于混沌多目标粒子群算法的综合能源调度

目的针对当前综合能源系统中资源协同优化效率不足、微网运行经济性和环保性差的问题,提出了一种计及风电储能及不稳定因素的微网优化调度方法。方法该方法在微网负荷侧需求响应对新能源消纳影响的基础上,以消纳新能源和削峰填谷为目的,提出了优化负荷曲线的方案;然后,考虑微网调度侧风电出力的不稳定性以及微网内部设备的耦合,进行优化调度以降低微网运行成本、减少环境惩罚费用并提高风电消纳平稳性;最后,采用混沌多目标粒子群算法对优化问题进行求解,并在风电不稳定度占比0%、5%、10%和15%时进行了算例仿真分析。结果当风电不稳定度为10%和加入风电储能,系统运行成本和环境治理费用最少,比方案1和无风电储能少6919.4元,风电平稳量也提高38 kWh。在电热冷网中,负荷侧加入需求响应后,系统得到稳定运行和能源合理利用,可以很好地满足负荷侧用能需求。从算法对比中,混沌多目标粒子群算法加入自适应权重和变异率后,具有较强的全局搜索能力和更好的准确性。结论该方法通过合理设置风电不稳定度能够有效降低运行成本和环境惩罚费用,提高风电稳定性,其次,负荷侧的需求响应可以一定程度地削峰填谷和消纳新能源。

吸引子共存的四维多稳态混沌系统及同步电路

文中设计了一种具有多翼吸引子的四维混沌系统,通过改变系统的多组参数,观察到吸引子结构由四翼变为双翼。采用相图、Lyapunov指数谱、分岔图和复杂度等方法,验证系统的动力学特性。结果表明,通过改变系统参数和选择不同的初始值,系统呈现出极性相反但结构相似的吸引子共存现象。使用Multisim仿真软件进行了电路仿真,发现数值分析和模拟仿真结果一致,验证了系统的可实现性。最后,采用线性反馈同步法对该系统进行了同步控制,并成功实现了同步电路仿真。所设计系统具有丰富的多稳态特性,主从系统在极短的时间内达到了同步,同步效果良好,可广泛应用于保密通信领域。

一种分数阶混沌系统的通用增强型FPGA实现

针对目前分数阶混沌系统的FPGA设计实现通用程度不高的问题,文中给出了一种通用增强型FPGA算法。首先给出基于G-L定义的分数阶微分算法原理,再将一个已知的三维整数阶混沌系统扩展至分数阶多涡卷混沌系统,通过平衡点、分岔图及最大李氏指数谱分析了其动力学特性,最后运用可变长度移位寄存器,设计分数阶微分的通用增强型FPGA算法,并将其应用至分数阶多涡卷混沌系统。实验结果与数值仿真结果一致,该算法当修改参数时,无需设计新的代码,并能够动态调节记忆长度,且对步长没有严格限制。

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。

顾及纹理特征差异性的遥感影像数据分区域多密级加密方法

针对高分辨率遥感影像在网络传输、数据分享及应用过程中的安全性问题,本文从高分辨率遥感影像自身特点出发,提出了一种顾及纹理复杂度的遥感影像分区域多密级加密算法。首先,对大数据量的遥感影像进行分块处理,并将每个子图像块按照纹理特征的复杂度划分为简单、中等和复杂类型;然后,针对不同类型的子图像块采用不同维度的混沌系统分别加密得到密文块;最后,将密文块进行关联拼接,得到整体加密后的密文图像。通过采用真实遥感影像的试验分析结果表明,本文方法能够很好地实现遥感影像的信息隐藏,并且可以兼顾加密的安全性和时间复杂度,在大数据时代面向大众化应用的高分辨率遥感影像数据共享和图像处理领域具有潜在应用价值。

基于混沌与菲涅尔变换的多彩色图像加密算法

针对常见的基于混沌系统的多图像光学加密存在密钥敏感性不强、加密方法安全性不高等问题,设计了基于混沌Chen系统和菲涅尔变换的多彩色图像光学加密方法。首先,每幅彩色图像均被分解为R、G和B通道,并对每个通道的幅值独立进行归一化处理,得到归一化图像。其次,设定混沌系统初始值和控制参数,利用Chen混沌系统生成三个高维混沌相位掩码,分别对每幅图像的三通道相位信息进行调制处理,然后将调制后的R、G、B通道分别进行叠加重组。并对重组后的通道图像分别进行菲涅尔变换处理,得到相应的通道密文。最后,将通道密文重新融合,得到最终的密文图像。数值仿真结果表明,与现有的基于混沌系统的加密算法相比,所提算法具备更高的密钥敏感性,以及更高的抵抗各种攻击的能力,熵值达到了7.996,稳定的NPCR和UACI分别为99.84%、35.63%。

基于多混沌映射的企业人资档案信息自动加密系统

为了保障信息化档案的加密性能,应用多混沌映射思想,以企业人资档案为研究对象,提出人资档案信息自动加密系统。设计加密系统整体架构,其中加解密控制模块由用户交互单元、加解密单元、编解码单元、数据库交互单元等构成。密匙管理模块将混沌序列作为加密序列生成混沌密匙,并设为多级密钥管理模式。管理证书模块通过兼容Windows平台与Linux平台的证书服务器完成人资档案信息证书管理。系统安全性能测试结果表明系统的密匙敏感性更高,密文的混淆和扩散特性更好,提升了系统的安全性。

基于超混沌系统的多权限多图像加密算法

为有效改善多图像加密质量及其对数据传输的安全性,提出一种基于超混沌系统的多权限多图像加密算法.首先,将L幅明文图像分别进行分段线性混沌映射(piece-wise linear chaotic map,PWLCM)的双层交叉耦合操作,并通过异或进行合并得到类噪声图像;接着,采用最低有效位嵌入算法将类噪声图像嵌入到第L+1幅明文图像信息中,得到半加密图像;最后,通过结合一维的cubic映射和一维帐篷映射,产生一个二维cubic-帐篷混沌映射(two-dimensional cubic-tent modular map,2D-CTMM),利用其对半加密图像扩散后进行双层阶梯置乱,得到密文图像.实验结果表明:所提方法对明文以及密钥十分敏感,密钥空间大,可以有效抵御统计攻击和差分攻击,并且该算法在保证安全性的前提下,实现了用户多权限解密以及用户部分解密工作.

多涡卷Jerk混沌吸引子及其实现

以多涡卷Jerk系统为例,介绍了利用DSP处理器实现连续混沌系统的方法。同时设计了相应的模拟硬件电路,并分别给出了硬件实验结果。实验结果表明,利用DSP产生的实验结果与模拟电路产生的结果完全一致,证实了该方法的可行性。该方法同样可以实现其他连续混沌系统,具有普适性。该方法还存在着调试方便,参数调节灵活,计算误差可控性强,频谱调节范围较宽且方便等优点,便于实现数字保密通信。

一个新多涡卷混沌系统的设计及在图像加密中的应用

该文提出一种三涡卷混沌系统,首先对系统的李雅普诺夫指数、分岔图、Poincare截面图、功率谱图及平衡点稳定性等动力学特性进行了理论分析和数值仿真,结果表明该系统具有良好的动力学特性和丰富的拓扑吸引子。基于电路仿真软件Multisim研制了实验仿真电路,该电路结构简单、易于实际制作,且仿真实验与理论分析结论十分吻合,证实了提出的混沌系统电路在物理上是可以实现的,从而验证了该混沌系统的混沌产生能力。最后结合DNA算法设计了一种彩色图像加密算法,利用新系统混沌序列对图像进行加密,重点分析了加密直方图、相邻像素相关性。结果表明,新系统对混沌密钥及明文都非常敏感,密钥空间较大,提出的混沌系统应用于图像加密具有较高的安全性能。

基于龙格库塔算法和可编程门阵列技术的混沌系统实现

提出了使用硬件描述语言(HDL)在现场可编程逻辑门阵列器件(FPGA)上实现二阶龙格库塔法产生混沌信号的一种新方法.首先,根据二阶龙格库塔算法分解求解连续混沌系统,得到一个迭代求解过程;其次,使用HDL描述状态机实现该迭代过程,输出数字混沌序列;最后,将数字混沌序列输出至高速数模转换器(DAC),可观察到模拟混沌信号.给出了网格状多卷波混沌系统和经典Lorenz系统上的具体实现步骤和相应结果.结果表明,此方法具有一定的普适性,可用于其它混沌系统的混沌信号产生,且消耗FPGA资源不多,具有很强实用性.

三维多涡卷Colpitts混沌系统及其数字硬件实现

基于混沌吸引子形成的机理,利用单位锯齿波函数改造混沌Colpitts振荡器模型,提出了一个新三维多涡卷混沌系统,生成了(2K+1)涡卷混沌吸引子。单位锯齿波函数的引入,增加了系统的指数2平衡点,从而形成多涡卷吸引子。采用常规的动力学分析方法,研究了该多涡卷混沌系统的动力学特性,研究结果表明所提出的系统的Hopf分岔点仅与控制参数有关,而涡卷数量随着锯齿波函数的零点数量的增加而增加。此外,基于微控制器(MCU)设计了一个实现该多涡卷混沌系统的数字硬件电路,实验结果验证了数值仿真结果的正确性。

基于分段非线性混沌映射的流密码加密方案

基于分段非线性混沌映射设计了一种流密码加密方案。用Logistic映射的输出作为分段非线性映射的分段参数,以Henon映射输出的混沌序列经运算后得到迭代次数,分段非线性混沌映射的输出与明文相加取模后生成密文。仿真实验和安全性分析表明,该方案的密钥空间大,对明文和密钥敏感,能有效抵抗穷举攻击、差分攻击和统计攻击,且实时性较好。

用FPGA技术产生多涡卷超混沌吸引子的研究

提出用FPGA技术产生多涡卷超混沌吸引子的新方法。基于数字信号处理技术,对连续混沌系统进行离散化处理和变量比例变换,使离散化后的混沌系统便于FPGA实现。文中以四阶蔡氏超混沌系统为典型实例,给出了用FPGA技术产生多涡卷超混沌吸引子的实验结果。

多混沌时分同步

研究了多混沌时分同步方法,论证了由多个单一混沌同步系统组成多混沌时分同步系统的理论基础,在驱动方和响应方的多个混沌系统之间实现了通过其离散同步驱动信号时分复用地占用同步信道而构成多混沌时分同步系统。基于统一混沌系统族仿真了由3个混沌系统构成的多混沌时分同步系统,并总结了多混沌时分同步的条件以及其在保密通信方面的应用潜力。

基于多涡卷混沌系统的数字保密通信方案

为增强传统的混沌保密通信系统抗干扰能力和提高其保密性,提出了一种基于多涡卷混沌系统同步的数字保密通信方案。在该加密方案中,利用多涡卷混沌系统的特点来构造流密码。数值模拟结果表明:该保密通信系统具有很高的抗差函数攻击能力,在同步信号被干扰时,保密通信系统具有一定的抗误码率。

基于原对偶状态转移算法的分数阶多涡卷混沌系统辨识

未知分数阶混沌系统参数辨识问题可转化为函数优化问题,是实现分数阶混沌系统同步与控制的关键.结合正交学习机制和原对偶学习策略,提出一种原对偶状态转移算法,用于解决分数阶混沌系统的参数辨识问题.利用正交学习机制产生较优的初始种群增加算法的收敛能力,并引入原对偶操作增加状态在空间的搜索能力,提高算法的寻优性能.在有噪声和无噪声情况下以分数阶多涡卷混沌系统的参数辨识为研究对象进行仿真.结果表明了该算法的有效性、鲁棒性和通用性.

一个具有多翼吸引子的四维多稳态超混沌系统

构造了一个只有一个平衡点的四维超混沌系统,此系统表现出丰富的多稳态特性,亦具有多翼吸引子。数值分析了系统的动力学特性,仿真了系统的模拟电路和数字电路,探讨了系统的动态复杂度,测试了系统超混沌序列的随机性。分析结果表明,在多组参数值下,系统均存在不同类型的吸引子共存,譬如:两个周期吸引共存,周期与拟周期吸引子共存,双翼混沌与超混沌吸引子共存,两个双翼混沌吸引子共存,双翼与四翼混沌吸引子共存,两个双翼超混沌吸引子共存,两个双翼拟周期吸引子共存,两个双翼超混沌、四翼混沌、四翼超混沌等四个吸引子共存。系统的数字电路和模拟电路的仿真结果均与数值分析结果一致,表明了系统的可实现性。另外,在混沌和超混沌状态下系统复杂度高,且超混沌序列通过了SP800-22 Revla的15项随机测试。

多混沌系统自适应组合函数投影同步

将组合同步和函数投影同步相结合,研究了由3个混沌驱动系统和2个混沌响应系统组成的驱动—响应系统的组合函数投影同步问题.首先给出组合函数投影同步的定义,将驱动—响应系统的同步问题转化为误差系统零解的稳定性问题;然后基于Lyapunov稳定性理论和自适应控制方法,设计了非线性反馈同步控制器及参数自适应律,使得混沌驱动—响应系统按照相应的函数尺度因子矩阵实现同步;最后以Lorenz混沌系统、Chen混沌系统、Lü混沌系统作为驱动系统,以Tesi混沌系统、R ssler混沌系统作为响应系统,通过数值仿真验证了该同步控制方案的有效性.