[发明专利]基于整数域混沌的视频保密通信方法

说明书

技术领域

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

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OGY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。

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。

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

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。

基于整数域混沌的视频保密通信方法，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,…,M,…为迭代次数，(i＝1,2,…,6)表示对变量x_i(k)和x_i(k+1)向下取整；ε₁＝2²⁴,σ₁＝2.3×10⁸，ε₂＝2²⁵,σ₂＝3.2×10⁸，ε₃＝2²⁶,σ₃＝5.0×10⁸；式中参数Φ_ij(i,j＝1,2,3,4,5,6)的大小为

B.随着k的增加，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 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:

其中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。