[发明专利]一种基于三次方忆阻器的复混沌系统数据加密方法

说明书

本发明涉及数据处理技术领域，具体地涉及一种基于三次方忆阻器的复混沌系统数据加密方法，其复混沌系统由具有立方非线性忆阻器的4D混沌系统衍生而来的，实现了变量从实域到复域的扩展，利用相图、分岔图、0‑1检验和复杂性等分析了新混沌系统的混沌性能。然后，在所述具有三次方忆阻器的7D复杂混沌系统的基础上，结合Arnold变换提出了一种基于三次方忆阻器的复混沌系统数据加密方法，并应用于智能电网数据的加密，对智能电网中传输的图像和数据进行了验证实验，利用直方图、相关系数、信息熵、密钥灵敏度和重建质量对图像加密进行了分析，结果表明该方法具有良好的鲁棒性和足够的防止数据泄漏和恶意攻击的能力。

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，具体地涉及一种基于三次方忆阻器的复混沌系统数据加密方法。

背景技术

智能电网建成后，其信息系统的安全性变得越来越重要。智能电网开始涉及智能工厂、交通网络、燃气系统等应用领域。不同字段之间的通信数据需要加密以防止恶意攻击。随着智能电网技术的飞速发展，对智能电网的攻击数量和类型都有了显著增加，给电网带来了巨大的损失和负面影响。与智能电网的重要地位形成鲜明对比的是，对其网络和信息安全的关注仍然不够，这也是电力系统事故频繁发生的原因。因此，安全加密算法是防止恶意攻击、保证智能电网正常运行的关键。

混沌系统具有初值和系统参数极端敏感、遍历性、轨道不可预测性和良好的伪随机性等一系列特性，这些特性正好满足加密的要求。因此，混沌已被广泛应用于许多领域，如混沌控制、混沌扩频通信、图像数据加密、保密通信等。其中，混沌在数据加密中的应用近年来受到极大关注，并已成为混沌应用的一个重要分支，但仍存在以下问题：低维混沌系统具有周期短、混沌序列分布不均匀、密钥空间小等缺点，数据加密效果不佳。此外，智能电网中的数据容易受到攻击和篡改，造成系统误判和经济损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种基于三次方忆阻器的复混沌系统数据加密方法，能够有效地防止数据泄漏的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种基于三次方忆阻器的复混沌系统数据加密方法，包括以下步骤：

步骤1：分离图像通道，并将其更改为R、G和B通道；

步骤2：使用随机函数随机变换三原色像素值的位置，称它们为R1、G1和B1；

步骤3：根据Arnold变换变换三原色像素值的位置，将它们命名为R2、G2和B2；Arnold变换如下所示：

其中M和N分别是图像矩阵的行和列，A和B是由具有三次方忆阻器的7D复杂混沌系统的混沌序列生成大小为M×N的伪随机矩阵；数字图像中像素的坐标x_n，y_n∈[0，255]；

步骤4：对所述具有三次方忆阻器的7D复杂混沌系统生成的具有R2、G2和B2图像的七维伪随机序列进行七次异或。

进一步的，步骤4中，所述异或顺序为随机。

所述步骤1、2和3是置乱部分，步骤4是扩散部分。

本发明所述基于三次方忆阻器的复混沌系统数据加密方法，具有图像失真较小、良好的扩散和置乱性能，同时具有更好的安全性、较好地掩盖了原始图像的分布规律，具有足够的抗攻击能力，能够有效地防止数据泄漏。

进一步的，所述具有三次方忆阻器的7D复杂混沌系统为：

其中，α，β，r，d是常数，x_i(i＝1，...，7)是自变量，W为忆阻器导数。

进一步的，所述具有三次方忆阻器的7D复杂混沌系统的建立过程为：