随着Internet技术和多媒体技术在近年来的快速发展,数字化信息的传递方式已经变得各式各样,能够在网络上方便快捷的传榆已经逐步地成为社会信息交流的重要手段,因此信息的保密越来越受到人们的重视。为此,我们提出了一种基于六维混沌来实现信号文件加密和图像文件加密的方法,该方法保密性能好,已被大量使用。

一、混沌系统及其MATLAB仿真

六维混沌系统的方程为:

信号和图像文件加密之六维混沌加密方法

式中,a= -15,b=20,c= -20,d=20,e=-5,f=7,g=12,h=-25,i= -20,j=1O,k=5。

MATLAB仿真结果如图l所示。

信号和图像文件加密之六维混沌加密方法

二、基于六维混沌的信号文件加密

基于六维混沌信号文件加密采用的是混沌掩盖技术,用此技术可传递模拟和数字信息,其思想是以混沌同步为基础,把混沌信号叠加在被加密的信号文件上,利用混沌信号的伪随机性特点,这样就可以把要加密的信号文件隐藏在混沌信号中,在信息传递的过程中就不易被人发现原有的信息内容。如果在接收端用一个与发射端相同步的混沌信号解调装置就能还原出原有的信号,以此实现保密通信的目的。本文采用多次迭代及相加减的方式对信号进行加密,如图2所示。

信号和图像文件加密之六维混沌加密方法

在信息传递的过程中为确保原信号不被第三方察觉到,可以在发射信号端与接收信号端双方约定把原信号与混沌信号源随机地乘以一定倍数分配给所产生的输出量,并将该输出量以相加减和相迭代的方式进行混合来设置密码,更有利于保密。如图3所示,被加密的信号经过了数次的迭代加密,且随着迭代次数的增加,相应地加密效果也越好,也越不易被人破解,同时也就确保了信息传递的安全性。

信号和图像文件加密之六维混沌加密方法

解密信号就是加密信号的逆过程,必须知道原信号与混沌信号源所产生的输出量是如何随机分配倍数的,还要知道该输出量是以何种相加减和相迭代的方式进行混合设置的,否则将无法解密出原有信号。

三、基于六维混沌的图像文件加密

文中采用图像置乱技术对图像文件进行加密处理。

加密算法简要介绍如下:首先对该六维混沌系统的微分方程产生的实值序列进行预处理,抽取一定的二迸制序列进行图像加密,其次是读取256×256格式大小的原图像,将原图像块置乱,再按图像块中的行(或列)进行置换。

信号和图像文件加密之六维混沌加密方法

如图4所示,将256×256格式大小的原图像文件分成32×32格式大小的图像文件块,结果得到8×8 =64个小图像文件块,对这64个小图像文件块在整个图像文件上利用8×8的幻方或Hilbert变换进行块置乱,用来取消图像文件的像素点在领域中空间位置的相关性,最后在将得到的图像文件在行、列两个方向上分别进行上、下及左、右的隔行(或隔列)的整行(或整列)的元素交换,以消除图像文件相邻行(或列)的位置相关性,这样就可以得到加密图像文件了。

通过混沌信号源所产生的输出量随机地乘以一定倍数来分配处理,并将该输出量进行预处理来产生二进制序列,再应用图像文件变换技术的算法以相加减和相迭代的方式与原图像文件产生的二进制序列进行混合设置密码,更加有利于保密。图像文件的解密过程就是加密图像文件的逆过程,必须知道混沌信号源所产生的输出量是如何随机分配倍数的,还要知道该输出量经过预处理后产生的二进制序列又是如何应用图像文件变换技术的算法进行相加减和相迭代的方式混合设置的,否则将无法成功解密原图像文件。

小知识之迭代

在RUP中,迭代被定义为:迭代包括产生产品发布(稳定、可执行的产品版本)的全部开发活动和要使用该发布必需的所有其他外围元素。