基于整数域混沌的视频保密通信方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于整数域混沌的视频混沌保密通信方法，包括以下步骤：建立6维整数域离散时间混沌系统；将三个变量迭代后，通过数字信息加密器转换为二进制的数字信息；发送端的信息加密运算；将上述的红绿蓝三路视频信号的密文值由发送端通过信道传送给接收端；接收端的信息解密。由于采用整数域混沌系统实现视频的实时加密和解密，从而解决视频数据运算量大和算法复杂的问题；由于采用级联闭环原理，发送端系统与接收端系统具有完全相同的驱动信号，能实现严格的同步而不受有用信息大小调剂的影响，在发送端与接收端参数匹配的情况下，解密出来的信息具有很高的还原度。
【专利说明】基于整数域混沌的视频保密通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种视频混沌加密和解密方法，具体是一种基于整数域混沌的视频保 密通信方法。
【背景技术】
[0002] 当混沌运动是有害的时候，混沌控制被认为是通过某些控制手段削弱或消除系统 的混沌行为。然而，并不是所有的混沌行为都是有害的。自从1990的0GY方法被提出之后， 混沌控制成为了研究的热点。最近的研究显示，在某些特定的环境下，混沌运动也是有用处 的。例如，基于混沌的语音，图像，视频或其他多媒体数据的加密和解密等。因此，近年来系 统混沌化的研究（将原本非混沌的动力系统变为混沌系统，或增强现有的混沌方式）吸引 了很多学者的注意。
[0003] 近年在信息安全领域中，无论是传统基于代数还是基于混沌的图像视频加密技术 都吸引了很多学者的关注。众所周知，混乱的独特性质，例如正Lyapunov指数，遍历性，准 随机性，对初始条件和系统参数敏感的依赖性，令混沌动力学成为一个可以替代传统加密 算法的优良算法。更重要的是，不同于主要基于离散数学的常规密码算法，混沌是一个简单 的确定性系统，并且基于混沌的密码技术是依赖于一个非线性系统或映射。在多媒体通过 高速信道传输数据的时候，信息的高速传输和安全性能显得尤其重要。而混沌密码技术正 好为数据保护提供了一种快速安全的加密方法。正因如此，近年来，越来越多的人投入到了 图像和视频的混沌保密通信研究中。
[0004] 众所周知，实时的视频混沌保密通信与静止的图像或语音信号混沌保密通信在硬 件实现方面相比较而言，主要困难之处在于需要同时解决实时性要求较高并且数据运算量 较大这两个主要问题，因而视频混沌加密和解密的硬件实现难度较大。为了解决硬件实现 中的这两个问题，一方面，我们采用了面向最基本的逻辑单元或门电路操作的非嵌入方法， 从而能够满足视频混沌保密通信对实时性的要求。另一方面，用硬件描述语言处理整数运 算要比处理实数运算的速度快、算法简单并且便于硬件实现。而现有的离散或连续时间混 沌系统都是基于实数域运算的，故存在视频数据运算量大和算法复杂，从而出现运算速度 较慢的缺陷。
【发明内容】
[0005] 为解决上述不足，本发明提供一种运算速度快且解密准确度高的基于整数域混沌 的视频保密通信方法。
[0006] 基于整数域混沌的视频保密通信方法，包括以下步骤：
[0007] A?建立一个6维整数域离散时间混沌系统，动力学方程如下：
[0008]
【权利要求】
1.基于整数域混沌的视频保密通信方法，其特征在于：包括以下步骤： A.建立一个6维整数域离散时间混沌系统，动力学方程如下：
式中k = 1，2, "·，Μ,…为迭代次数，[χ,⑷」，+ (/ = U,…，6)表示对变量XiQO和 Xi(k+1)向下取整；ε1= 224, σ1= 2· 3Χ108，ε2= 225,〇2= 3· 2Χ108，ε 3 = 226,〇3 = 5. OX IO8;式中参数OijIj = 1，2, 3, 4, 5, 6)的大小为
B.随着k的增力卩，利用上述建立的6维整数域离散时间混沌系统，选取 X1 (k)，x2 (k)，x3 (k)，将发送端的信息加密器的三个变量X1 (k)，x2 (k)，x3 (k)定义为 ，才"(幻，6维整数域离散时间混沌系统中的其它参数与其类同；将接收端的信 息解密器的三个变量X1 (k)，X2 (k)，X3 (k)分别定义为χΓ《?), fW. 4从），6维整数域离散时 间混沌系统中的其它参数与其类同，将三个变量迭代后，通过数字信息 加密器转换为二进制的数字信息； C.发送端的信息加密运算：对采集视频的红绿蓝三基色分别进行按位异或操作，得到 红绿蓝三路视频信号的密文值： = mod([xw,(fc) |,16}φmk) ,[_/，:(*)一=師崎亡私| , 16)Φ G'(A), L/，,(A)」=mod(卜，其中xf W，xf W ? xf W表示红绿蓝的像素值，16表 示一个像素点红绿蓝分别所占的位数为4位； D.将上述的红绿蓝三路视频信号的密文值由发送端通过信道传送给接收端； E.接收端的信息解密：利用整数域混沌加密的逆运算对接收到的红绿蓝三路视频信 号的密文值进行解密操作。
2.根据权利要求1所述的基于整数域混沌的视频保密通信方法，其特征在于：所述步 骤D中，所述发送端中，将红绿蓝三路视频信号的密文值P1 (k)，p2 (k)，p3 (k)作为反馈控制 变量作用到数字信息加密器的六维驱动系统的方程上，得到数字信息加密器的六维驱动系 统的状态方程如下：
同理，对于数字信息解密器作为数据接收端而言，将红绿蓝三路视频信号的密文值P1 (k)，P2 (k)，P3 (k)作为反馈控制变量作用到接收端的数字信息解密器的六维响应系统的 方程上，得到如下数字信息解密器的六维响应系统的状态方程如下：
* 接收端解密后的信号为 ^ \i_. J / - · ~
\L J ! ·>L- - J ' 当发送端与接收端的参数匹配时，两个整数域混沌系统实现同步，满足以下各个条 件： Li-rttij-L-'rwj，[Cwj， 得m〇d(L.vrw」！6卜m〇d{|_.cw?叫，hioq([x：'(1)^. 16)-mod([.YVr'(l) .Id),moil|[xr{A-)j,ift) - lf>);根据上式，得R(k) =R(k)， d(i) =G(i),歲*)=樹*),在接收端，正确地解密出原视频图像。
3.根据权利要求1或2所述的基于整数域混沌的视频保密通信方法，其特征在于： A.建立六维离散混沌系统动力学方程：
B. 对上述六维离散混沌动力学方程中A矩阵进行三步变换处理，即乘以2n、四舍五入 取整和除以2n，其中η表示移位的位数，其大小可根据精度要求而定。选取η= 8,得变换 处理后的矩阵为
其中r〇und[·]为进行四舍五入处理。从变换后的矩阵得所有元素均正整数的变换矩 阵为
C. 用步骤B中的矩阵Ψ替代离散混沌动力学方程中的矩阵A，并对模函数进行28倍 的扩张变换，最后对所有变量进行28倍的压缩变换和整数化处理后，得整数域混沌系统为
其中floor[ ·]表示向下取整，即
式中k= 1，2, "'M,…为迭代次数，+ (/ =H·.6)表示对变量XiOO和Xi(k+1)向下取整。
4.根据权利要求3所述的基于整数域混沌的视频保密通信方法，其特征在于：所述步 骤D中，对红绿蓝三路视频信号的密文值的传送方式为：加密传送传输视频中的一个像素 信息，传送一个像素信息。
【文档编号】H04L9/00GK104320241SQ201410336407
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】陈仕坤, 禹思敏 申请人:广东工业大学