基于三维超混沌映射的图像加密及其FPGA实现

随着信息技术的不断发展,确保信息安全已成为重要问题,而图像作为被广泛使用的多媒体工具,时常面临着泄露的风险,针对该问题提出一种基于三维超混沌映射的图像加密算法。该算法首先构造一个离散三维超混沌系统,此系统相较于传统的混沌系统拥有更好的混沌特性,所生成的序列具有更强的随机性。然后在此序列的基础上对图片进行置乱和扩散:在置乱阶段,通过混沌序列对原始图片的像素点进行索引排序,实现像素置乱;在扩散阶段,使用处理后的混沌序列对置乱图像的像素值进行分层异或,实现像素扩散。软件仿真和性能分析表明,该算法具有较高的安全性和较强的抗干扰能力,最后通过FPGA硬件平台完成图像加密。整个算法包括软件仿真和硬件实现两个部分,能够有效提升学生将理论和实践相结合的能力,增强学生对非线性理论的理解。

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。

周期1与准周期访问映射下的层流混沌及其耦合同步

使用周期1与准周期两种周期的访问映射,在一个新系统中观察层流混沌.对2种不同周期的访问映射产生的层流混沌系统,采用延迟调制进行耦合,观察它们的同步行为.发现周期1访问映射下,改变影响访问映射的参数,能观察到相应的广义超前预期同步,广义滞后同步和完全同步分别出现.而对于准周期访问映射,在某些时候,广义滞后同步和超前预期同步同时存在.

工业物联网系统基于混沌映射三因素认证与密钥协商协议

工业物联网系统通过各类终端传感器设备,将采集的关键工业数据实时传输到工业物联网平台,提供数据智能分析与决策。然而,对工业数据的非法访问将导致数据或敏感身份标识泄露、数据篡改等信息安全问题,影响工业物联网系统的正常运行。基于此,文章面向工业物联网系统,搭建多用户、多网关、多工业物联网平台下的分布式数据匿名传输架构,提出基于混沌映射的三因素认证与密钥协商协议。协议实现了用户到移动终端设备的智能卡、口令、生物特征信息的三因素登录认证。在网关协助下,用户利用移动终端设备,基于混沌映射技术与关键凭证,实现了用户到工业物联网平台的双向匿名认证,并协商了用于后续保密通信的会话密钥。文章对协议进行了应用拓展,包括用户口令与生物特征信息的更新、智能卡撤销的功能,基于中国剩余定理实现了对多网关的密钥同步更新。安全性分析与性能评估表明,该设计协议能够安全高效地部署在工业物联网系统。

基于改进型3D_Henon混沌映射的彩色图像加密方法

为了解决现有混沌映射模型的混沌空间小及混沌能力弱的问题,首先通过耦合二维Henon混沌映射模型和Sine混沌映射模型,设计了一种新的三维混沌映射模型。其次,针对密钥重复使用会降低加密系统安全性的问题,使用Chebyshev映射,结合明文图像,设计出一种新的密钥生成方法。最后,通过本文设计的三维混沌映射模型以及密钥生成方法,提出了一种彩色图像加密方法,并对此方法进行了仿真实验,结果表明,该方法能够安全有效地进行图像加密,保护图像信息安全。

Logistic混沌映射最低数字位5的特性研究

Logistic混沌映射在真实轨道中迭代真值在最低数字位是5的时候,迭代真值高数字位部分表现出随机特性,迭代真值低数字位表现出线性递增的公共数字位.实验分析显示,在绝对精度条件下,混沌真实轨道保持随机性和公共部分稳定的结构特征,在有限精度条件下,迭代值随机性受计算精度影响很大,公共部分只能通过低位迭代法获取.

忆阻超混沌映射的可调控性设计及光纤保密通信系统构建

通过引入平方忆阻函数非线性反馈,构建离散超混沌映射,并实现超混沌序列的全局调幅、局部调幅以及直接偏置调控。混沌映射的可调控性通过离散忆阻的阻值函数和内部变量积分速度来实现。简易的忆阻约束关系同时赋予了直接偏置调控的可能性,通过额外引入常数项参数可实现一维状态变量的直接偏置调控。基于RISC-V单片机CH32V307实现了所提出的可调控超混沌映射,并通过美国国家标准与技术研究院测试证明了超混沌序列的伪随机属性。基于以上超混沌映射构建了正交啁啾复用-非正交多址接入物理层加密方案,实验完成了2 km弱耦合七芯光纤通信的误码率测试,进一步证明了基于离散忆阻构建的超混沌加密正交啁啾复用-非正交多址接入系统可实现数据的可靠传输和解密,有效保护数据安全。

基于混沌映射算法的电力物联网加密通信认证方法

当前电力物联网通信过程中容易受到外界影响,出现数据包丢失的问题,导致获取的通信报文不精准。为了解决这个问题,提出基于混沌映射算法的电力物联网加密通信认证方法。采用位置置乱方法获取迭代密钥,构建扩散函数,结合混沌映射算法设计通信认证加密步骤。在确定混沌映射结果的基础上进行分段线性处理,再加入扰动机制,抵抗已知攻击。以密钥数值作为对称密钥,设计电力物联网加密通信流程。使用具有挑战性的握手验证机制,采用混沌映射技术进行通信验证,实现加密通信验证。由实验结果可知,该方法上、下行包数变化情况与实际数据包统计结果一致,截取的通信认证报文与响应报文一致,说明该方法具有良好的通信认证效果。

基于AES算法和混沌映射的嵌入式终端数据传输并行加密方法

传统嵌入式终端数据传输并行加密方法易受到数据传输迭代过程中暂态特性的影响,加密后数据信息丢失量较大,加密效果不佳。为了减少加密后的信息丢失量,提升加密安全性,提出基于高级加密标准算法和混沌映射的嵌入式终端数据传输并行加密方法。根据嵌入式系统中数据的属性分布情况,对其进行编码设计,基于混沌映射原理,对数据进行初级加密,并对传输数据进行整合,求取其状态矩阵,以消除数据传输迭代过程中暂态的影响,以此为依据,采用AES算法,对数据进行轮钥加密,由此实现数据传输并行加密。对比实验结果显示,所提方法能够为数据提供一个安全且稳定的传输空间,加密后的信息丢失量很小。

基于双混沌映射的遥感图像零水印算法

现有遥感图像零水印算法多为特定类型的遥感图像设计,普适性较差,且对水印组合攻击的鲁棒性不强。该文提出一种基于双混沌映射的遥感图像零水印算法。①对遥感图像进行非下采样剪切波变换,选取低频图像进行离散余弦变换;②对变换后的图像进行分块,并对各子块进行Schur分解,通过比较每个子块上三角矩阵中第一个元素值和均值的大小构建特征矩阵;③利用一维Logistic映射置乱遥感图像,与特征矩阵进行异或运算得到一个二值序列;①结合2D-LALM-Tent映射和Arnold置乱水印图像,对前述二值序列和置乱后水印的二值序列进行异或运算得到零水印。实验表明,该算法对不同类型遥感图像的适用性较好,且对水印组合攻击的鲁棒性较强,无精度损失,可用于多种类型遥感图像的版权保护,为遥感图像的共享提供安全保障。

基于离散混沌映射的光纤通信数据置乱加密研究

光纤通信数据一次加密并不能使所有数据呈现置乱状态,数据安全性依旧比较差,所以研究基于离散混沌映射的光纤通信数据置乱加密方法。对原始光纤通信数据展开小波分解,根据骑士巡游理论以及小波子带的特点将全部小波系数置乱,完成光纤通信数据置乱。通过离散混沌映射和Sine映射的离散混沌系统构建混沌序列,利用混沌序列对数据进行一次加密处理,采用位置矩阵对光纤通信数据展开二次加密处理,实现光纤通信数据置乱加密。实验结果表明,所提方法可以有效提升光纤通信数据的安全性,数据加密效果和保密性能良好。

融合混沌映射和乘除算子的花授粉算法及应用

花授粉算法是一种群智能算法,广泛应用于各个领域。本文针对该算法存在收敛精度低、收敛速度慢、稳定性差等不足,提出基于混沌映射和乘除算子的花授粉算法(MDFPA)。首先,利用混合混沌映射更好的随机分布能力生成初始种群,减小随机误差给算法带来的影响;其次,反双曲正切函数有良好的性能,将其引入动态转换概率中,替换固定转换概率,提高算法收敛能力,有利于控制全局搜索和局部搜索之间的平衡;最后,在全局搜索阶段引入乘除算子对花粉位置进行放缩,在空间里进行充分搜索,避免算法陷入局部最优。通过对12个测试函数的仿真实验,表明该算法在单峰、多峰和固定维度测试函数上性能都优于花授粉算法(FPA)、粒子群算法(PSO)、布谷鸟算法(CS)和蜂群算法(ABC),寻优性能显著性提高,具有更快的收敛速度和更优的求解精度。将MDFPA算法应用于PID(Proportion Integration Differentiation)控制器参数优化中,结果表明优化后的PID控制器性能更优。

基于混沌映射的抗机器学习攻击强物理不可克隆函数

物理不可克隆函数(PUF)在硬件安全领域具有广阔的应用前景,然而易受到基于机器学习等建模攻击。通过对强PUF电路结构和混沌映射机理的研究,该文提出一种可有效抵御机器学习建模攻击的PUF电路。该电路将原始激励作为混沌映射初始值,利用PUF激励响应映射时间与混沌算法迭代深度之间的内在联系产生不可预测的混沌值,并采用PUF中间响应反馈加密激励,进一步提升激励与响应映射的复杂度,增强PUF的抗机器学习攻击能力。该PUF采用Artix-7 FPGA实现,测试结果表明,即使选用的激励响应对数量高达106组,基于逻辑回归、支持向量机和人工神经网络的攻击预测率仍接近50%的理想值,并具有良好的随机性、唯一性和稳定性。

基于混沌映射的改进金枪鱼群优化算法对比研究

Kubernetes作为当前云资源管理的标准平台,因其默认调度机制的局限性,目前普遍采用基于群智能优化算法的改进方法进行Pod的调度。而针对群智能优化算法存在的寻优性能易受初值影响、迭代后期容易早熟收敛等问题,选择金枪鱼群优化(Tuna Swarm Optimization,TSO)作为基础算法,根据混沌映射具有的遍历性、随机性等特点,提出了基于混沌映射的种群初始化优化方案。选择目前研究中普遍涉及的Tent、Logistic等多种混沌映射,分别对金枪鱼种群进行初始化,以提高初始种群的多样性。通过一系列基准测试函数进行仿真实验,对比基于不同混沌映射的改进金枪鱼群优化算法的实验结果,证明了基于混沌映射的优化方案可以有效提高原始TSO算法的收敛速度和寻优精度。

二维三次映射的混沌动力学

为了研究二维三次映射的混沌动力学,运用Moser定理和多项式零点斜率的性质,证明映射存在Smale马蹄,并且映射在不变集上拓扑共轭于三符号动力系统.计算不动点和2周期点的Lyapunov指数谱表明,它们的最大Lyapunov指数均大于零.

基于切比雪夫混沌映射和PUF的RFID三方认证协议

针对射频识别(RFID)三方认证协议存在的安全需求和资源开销的平衡问题,利用切比雪夫多项式的半群性质以及混沌性质提出了一个基于切比雪夫混沌映射和物理不可克隆函数(PUF)的RFID三方认证协议:使用切比雪夫混沌映射来实现标签、阅读器和服务器三方共享秘密;使用随机数实现协议每轮会话的新鲜性以抵抗重放攻击,同时也实现了阅读器与标签的匿名性;使用PUF函数实现标签本身的安全认证以及抵抗物理克隆攻击。安全分析表明,该协议能有效抵抗追踪、重放、物理克隆和去同步攻击等多种恶意攻击,使用BAN逻辑分析方法和Scyther工具验证了其安全性。与近期协议对比分析表明,该协议弥补了同类RFID协议的安全缺陷,在满足各种安全属性需求的同时尽量平衡硬件开销,契合了RFID硬件资源受限的处境,适用于RFID三方认证场景。

基于混沌映射的隐私数据库自适应加密方法

通过对隐私数据库的加密,可以确保数据在传输中不被篡改,保障数据安全。为此,提出基于混沌映射的隐私数据库自适应加密方法。在混沌映射条件下,实施明文信息与密文信息的置换,并在此基础上,建立密文空间,实现基于混沌映射的加密规则定义。利用完成初始化的隐私数据样本,在分层添加密文模板的同时,实现对加密信息的自适应解算,完成基于混沌映射的隐私数据库自适应加密方法的设计。实验结果表明,基于混沌映射的加密后,敏感性数据仅能被特定加密主机识别,显著减少信息篡改的风险,确保数据在隐私数据库中的安全存储。

属性Logistic混沌映射下的物联网隐私数据安全共享

为加强物联网隐私数据保护,提高用户信任度与满意度,提出属性Logistic混沌映射下的物联网隐私数据安全共享。构建基于主从式结构的三层物联网隐私数据安全共享模型并设计数据访问机制,在此基础上,基于量子细胞神经网络和Logistic映射得到矩阵A,对其分解后,得到矩阵B和序列C,由B矩阵构造混沌序列池,对C序列元素作映射处理,生成索引序列,并确定Logistic映射初始值,再对索引作Logistic映射后,从混沌序列池检索出CP-ABE加密算法的公钥、主密钥后,利用其与用户属性集合生成用户私钥,基于数据访问结构实现物联网隐私数据的加密。实验结果表明,该方法生成的密钥能够通过随机性验证,实现物联网隐私数据加密,且操作数量少,加密强度高。

一种Sine混沌映射改进的麻雀算法

针对经典麻雀算法种群多样性逐渐减少和求解稳定性不强的缺点,本文对其提出了一种改进方法。该方法通过引入Sine混沌映射初始化麻雀种群(Sine-SSA),达到了增加初始麻雀种群多样性的目的。本文同时对多种混沌映射的改进效果进行了对比,文中共采用了8个基准函数的多重维度,不同测试函数的仿真效果表明了采用Sine混沌映射改进的麻雀算法相较于其他映射的收敛速度与寻优精度都为最优,也证实了该方法在增加麻雀种群多样性上的稳定性。

混沌映射的粒子群算法分析比较

为解决粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)易受初值影响、迭代后期早熟收敛、局部寻优结果不稳定等问题,提出混沌映射粒子种群初始化的方案。即在算法前期根据混沌映射初值敏感性、随机性等特征,基于6种混沌映射对粒子群算法分别进行初始化,进而增加种群多样性和解的覆盖。引入动态惯性权重系数,提高算法收敛速度。通过6个测试函数进行仿真实验,对比不同混沌映射数据结果,实验证明该算法能在不改变原有时间复杂度的基础上较好地提高算法的收敛速度和寻优精度。