基于Lorenz混沌系统的MPEG视频加密算法

开题报告通信工程基于混沌系统的图像加密算法研究一、课题研究意义及现状意义:随着计算机技术和网络通信技术不断发展和迅速普及，通信保密问题日益突出。

信息安全问题已经成为阻碍经济持续稳定发展和威胁国家安全的一个重要问题，而密码学是用来保证信息安全的一种必要的手段，现代密码学便应运而生，如经典的私钥密码算法DES、IDEA、AES和公钥密码算法RSA、EIGamal等，新颖的量子密码、椭圆曲线密码算法等，在信息安全的保密方面都发挥了重要作用。

图像信息生动形象，它已经成为人类表达信息的重要手段之一，网络上的图像数据有很多是要求发送方和接收方要进行保密通信的，信息安全与保密显得越来越重要。

目前，国际上正在探讨使用一些非传统的方法进行信息加密与隐藏，其中混沌理论就是被采纳和得到广泛应用的方法之一。

混沌加密是近年来兴起的一个研究课题，基于混沌理论的保密通信、信息加密和信息隐藏技术的研究已成为国际非线性科学和信息科学两个领域交叉融合的热门前沿课题之一，也是国际上高科技研究的一个新领域，基于混沌理论的密码学近来成为很热门的科学。

对于数字图像来说，具有其特别的一面就是数字图像具有数据量大、数据相关度高等特点，用传统的加密方式对图像加密时存在效率低的缺点；而新型的混沌加密方式为图像加密提供了一种新的有效途径。

基于这种原因，本论文主要探讨基于混沌理论的数字图像加密算法。

混沌现象是在非线性动力系统中出现的确定性、类似随机的过程，这种过程既非周期又非收敛，并且对初值具有极其敏感的依赖性，混沌系统所具有的这些基本特性恰好能够满足保密通信及密码学的基本要求。

图像加密过程就是通过加密系统把原始的图像信息(明文)，按照加密算法变换成与明文完全不同的数字信息(密文)的过程。

国内外现状:1963年，洛伦兹发表论文“决定论非周期流”，讨论了天气预报的困难和大气湍流现象，给出了著名的洛伦兹方程，这是在耗散系统中，一个确定的方程却能导出混沌解的第一个实例，从而揭歼了对混沌现象深入研究的序幕。

混沌密码学在信息安全中的应用研究随着现代网络技术的飞速发展，信息安全问题也日益突显。

在处理、存储和传递信息中，数据的保密性、完整性、可靠性都是必须注意的安全要素。

其中，加密技术是保证数据安全的重要手段之一。

而目前加密技术的研究主要有传统密码学和现代密码学。

而混沌密码学则是比较新的一种密码学思路，它利用非线性动力学规律产生的混沌性质来实现加密。

那么，混沌密码学在信息安全中究竟能否发挥重要作用呢？下面，我们从混沌密码学的基本概念、加密算法和应用等方面进行探讨。

一、混沌密码学基本概念混沌是大自然中一种特殊的状态。

它是一种似乎随机性的运动，却具有明确的时间序列，完全有规律的混沌运动过程几乎不可能被复制出来，这使得混沌成为加密无线电系统和数字网络中一个有前途的工具。

而混沌密码学正是利用混沌理论来解决传统密码学面临的局限性问题。

混沌密码学的基本原理是：混沌序列在生物学、地理学、天文学、物理学、工程学、社会科学、信息科学等领域有大量的应用，混沌序列在密码学中被用于生成秘钥，即产生高强度的随机数字序列并应用于加密中。

二、混沌密码学加密算法混沌密码学体系中包含了众多的加密算法，这些算法的具体过程各有不同，但基本思路类似。

下面我们来介绍一下其中几种常见的混沌密码学加密算法。

1、基于Lorenz系统的混沌加密算法Lorenz方程是对空气动力学中无规律的三个变量的描述模型，即X、Y、Z三维变量的传导方程。

通过调整Lorenz系统的自由参数，可以生成一系列看似随机的数字序列，而这些数字序列恰恰可以用于生成加密密钥。

这种混沌密码学加密算法具有随机性强、安全性高的特点。

2、基于Baker映射的混沌加密算法Baker映射也是一种两点映射，与Lorenz系统类似，Baker映射也可以用于产生一串看起来随机的数字序列，但与Lorenz系统的不同之处在于，Baker映射不会出现收敛于某个值的情形，这意味着Baker映射可以无限生成大量的随机数字，所以Baker映射的密码学意义更加明显。

基于混沌系统的加密算法研究与实现加密技术在当今互联网时代已成为不可缺少的一部分，保障了个人信息的安全性。

随着网络安全的不断提升，传统加密算法已经逐渐暴露出安全性不足的问题，为此，人们提出了基于混沌系统的加密算法，以应对日益复杂的网络安全环境。

一、混沌系统简介混沌系统是一种复杂的动力学系统，其演化过程具有随机性、敏感性和不可预测性的特征。

混沌系统的数学模型主要包括Lorenz方程、Henon映射等。

在物理、天文、生物学、经济学等领域，混沌理论已经成为一种重要的工具。

二、基于混沌系统的加密算法基于混沌系统的加密算法主要分为两种方式，一种是混沌加密，另一种是加密混沌。

1.混沌加密混沌加密是将混沌理论应用于加密算法中，通过混沌系统产生的随机数序列来改变明文的内容，从而实现安全的加密算法。

其中，主要包括Arnold映射、Logistic映射、Henon映射等。

Arnold映射是一种离散的二维混沌映射，其具有高度的敏感性和随机性。

在Arnold映射算法中，通过使用Arnold映射的逆映射来加密明文，并通过Arnold映射的正向映射来解密密文，从而使得加密过程具有高度的安全性。

Arnold映射加密算法可以广泛应用于网络传输、电子商务等领域。

Logistic映射是一种典型的一维混沌映射，其演化过程具有高度的不可预测性。

在Logistic映射加密算法中，通过Logistic映射产生的随机数序列来改变原始明文，从而得到加密后的密文。

与Arnold映射加密算法不同，Logistic映射加密算法采用的是一维映射，因此在实际应用中的安全性相对较低。

Henon映射是一种强混沌映射，具有高度的随机性和敏感性。

在Henon映射加密算法中，通过使用Henon映射来改变明文的内容，从而得到加密后的密文。

Henon映射加密算法在网络通信、数码加密、数字水印等领域均有广泛的应用。

2.加密混沌加密混沌是将加密算法应用于混沌系统中，通过混沌系统的演化过程来产生随机数序列，从而实现安全的加密算法。

基于Lorenz超混沌系统模糊渐近同步的保密通信系统宋福圣;韩希昌;迟新利【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(35)7【摘要】研究了一种基于Lorenz超混沌系统渐近同步的保密通信系统设计方法.首先采用T-S模糊模型对Lorenz超混沌系统进行精确描述,进而基于模糊混沌同步理论,利用Lorenz超混沌系统设计信号发射器和接收器,实现混沌保密通信.最后利用Matlab软件进行仿真研究.%A novel secure communication system design method based on the asymptotic synchronization of Lorenz hyper-chaotic system is investigated. First, the exact T-S fuzzy model of Lorenz hyperchaotic system is constructed. Then, based on the theory of fuzzy asymptotic chaotic synchronization, the chaotic secure communication is realized, whose signal transmitter and receiver are designed on the basis of Lorenz hyperchaotic system. Finally, simulation study is carried out by Matlab software.【总页数】3页(P111-112,116)【作者】宋福圣;韩希昌;迟新利【作者单位】沈阳工程学院,辽宁沈阳 110136;沈阳工程学院,辽宁沈阳 110136;沈阳工程学院,辽宁沈阳 110136【正文语种】中文【中图分类】TN918.91-34;TP1【相关文献】1.基于genesio-lorenz混沌同步和反同步系统设计及其在保密通信领域中的应用[J], 庞晶;张国勇;苏双臣;王群2.基于时滞不确定Lorenz混沌同步的保密通信 [J], 陈水忠3.基于Rossler超混沌系统模糊同步的保密通信方案 [J], 张文波;吴晓平4.基于Lorenz系统的高保密通信系统 [J], 代榕5.基于超混沌系统自适应广义函数投影滞后同步的保密通信 [J], 柴秀丽;甘志华;闫萍因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于混沌系统的数字图像加密算法
罗军
【期刊名称】《计算机工程与设计》
【年(卷),期】2009(030)008
【摘要】提出了一种新的基于混沌系统的数字图像加密算法.首先对Lorenz系统产生的实值序列进行预处理得到伪随机的整数序列,然后利用预处理后的整数序列作为密钥流,对数字图像进行多轮的幻方变换和非线性变换,从而实现数字图像的加密,并对算法进行数字仿真和安全性分析.实验结果与理论分析表明,提出的数字图像加密算法具有较高的加密速度、良好的安全性能和抗攻击能力.
【总页数】3页(P1844-1845,1906)
【作者】罗军
【作者单位】重庆教育学院计算机与现代教育技术系,重庆400067
【正文语种】中文
【中图分类】TP309+.7
【相关文献】
1.基于一种广义Lorenz-Stenflo超混沌系统的数字图像加密算法的性能研究 [J], 徐扬;黄迎久;李海荣
2.基于五维混沌系统的数字图像加密算法 [J], 王晓飞;王光义
3.一种基于四维超混沌系统的数字图像加密算法 [J], 章秀君;吴志强;方正
4.基于优化的分数阶混沌系统的数字图像加密算法 [J], 朱林
5.一种基于五维超混沌系统的数字图像加密算法 [J], 庄志本;刘静漪;李军;邱达;陈世强
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龙源期刊网 一种基于混合混沌序列的图像加密方法作者：胡志高来源：《软件工程师》2013年第03期1.引言自1997年J.Fridrich首次提出利用混沌加密图像[1]。

利用混沌加密图像成为图像加密的一个热点，先后出现了利用Logistic映射、改进的Logistic映射、Henon映射和Chebyshev映射等离散混沌系统和lorenz、Chen、Lü等连续混沌系统，以及这些系统与M序列、传统加密方法的组合来产生用于加密图像的密钥流[2-11]。

其中，Logistic映射、Henon映射，特别是Logistic映射是目前研究最广泛的混沌系统。

随着研究的深入，利用单一Logistic映射加密的系统安全性受到了质疑[12-14]，这主要是由于Logistic映射属于低维混沌系统，存在分布不均匀以及现有混沌序列发生器存在有限精度引起的退化为周期信号等原因引起的[4，15-16]。

因此，寻找高维、性态复杂、分布均匀的混沌系统，从而获得大周期或非周期密钥流成为混沌加密图像的一个研究新动向。

目前，大多采用多种混沌组合、超混沌、常规加密方法与混沌多级加密的方法来获得大周期或非周期密钥流。

如文献17构造了一个超混沌Henon映射用于加密图像；文献18将Lorenz、Chen、Lü三个三维连续混沌系统组合生成密钥流；文献19给出了利用Logistic、Cubic、Cat三个映射的组合来加密图像的例子；文献20则给出了将Logistic映射和Chebyshev映射组合形成密钥流的介绍。

混沌加密方法属于对称加密体制的范畴。

这种加密体制的安全性取决于密钥流发生器所产生的信号与随机数的近似程度[21]，密钥流越接近随机数，安全性越高，反之则容易被破译。

本文介绍了一种基于离散和连续的混合混沌系统的图像加密方法，利用该方法加密的保密性能主要取决于混沌序列本身而不是传统的运算复杂度。

该方法与现代密码体制的要求是一致的，即系统的保密性不依赖于对加密、解密算法和系统的保密，而仅仅依赖于密钥的保密性[22]，这是本方法的最大特点。

专利名称：一种基于分数阶Lorenz混沌系统的图像加密方法及存储介质
专利类型：发明专利
发明人：苗瑾超,郭勤,张淑萍,贾倩,刘超,陈蒙
申请号：CN202111317025.0
申请日：20211109
公开号：CN114022339A
公开日：
20220208
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种基于分数阶Lorenz混沌系统的图像加密方法及存储介质，属于图像处理领域，包括以下步骤：构造分数阶Lorenz混沌系统，并产生三个混沌序列；采用任意两个所述混沌序列对待加密图像P的像素位置进行置乱处理；取三个所述混沌序列中的片段组合对置乱后的图像像素值进行混沌加密。

本发明在利用新系统产生的混沌序列对对灰度图像进行加密，通过分析可知分数阶新系统在图像加密、通信保密等相关领域的应用更具有优势，具有更为复杂的动力学特性、更强的伪随机性和不可预测性、强的抗攻击性及更大的参数空间和更高的安全性。

申请人：新疆理工学院
地址：843000 新疆维吾尔自治区阿克苏地区温宿县学府西路1号
国籍：CN
代理机构：西安铭泽知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：姬莉
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混沌密码算法及相关进展(二)田朝晖; 赵耿; 殷岁【期刊名称】《《北京电子科技学院学报》》【年(卷),期】2017(025)002【总页数】7页(P23-29)【关键词】混沌系统; 混沌密码【作者】田朝晖; 赵耿; 殷岁【作者单位】北京电子科技学院北京 100070【正文语种】中文【中图分类】TN918.1引言自从1989年混沌密码被首次提出来以后，混沌加密逐渐成为国内外学者研究的热点。

一般来说，目前混沌密码大致可以分为两种，混沌保密通信系统（大多数是基于混沌同步技术）和数字化混沌密码。

混沌保密通信系统方式包括混沌掩盖技术、混沌参数调制技术、混沌键控技术以及混沌扩频技术。

而数字化混沌密码的应用，以常规密码学为基础，可扩展至常规密码学的所有领域，如混沌噪声源、Hash函数，图像视频加密等，具有深远的应用前景。

此外，随着混沌学在电子领域的发展，出现了Rossler、Lorenz、Chua等电路，混沌理论与电子学的结合，大大促进了混沌理论特别是混沌应用研究的发展。

本文主要研究数字化混沌密码，它主要是利用混沌动力系统所特有的伪随机性、确定性和对初始条件的敏感性以及混沌的迭代特性来构造密码算法，以达到对明文信息进行加密的目的。

1 混沌噪声源和伪随机数发生器近年来，越来越多的学者们投身于混沌噪声源和伪随机数发生器的研究，而且取得了很多研究成果。

文献［1］提出了一种流加密雪崩效应新方案和比特串伪随机数发生器的研究。

文献［2］提出了一种基于三次多项式混沌判别定理在广义同步中的应用设计伪随机数发生器和雪崩加密方案。

文献［3］提出一种基于整数logistic map的伪随机数产生法和多维坐标法。

文献［4］提出一种基于Chua电路的真随机数发生器的设计与实现。

文献［5］研究了基于交叉耦合振荡器的告诉物理随机数发生器。

文献［6］提出了一种快速的物理随机数发生器。

文献［7］提出了一种基于混沌信息熵的随机数发生器。

1.1 混沌噪声源噪声源［8］是密码设备的一个重要组成部分，通常用于生成随机的密钥。

一种基于混沌序列的彩色图像加密算法作者：穆秀春,訾鸿来源：《现代电子技术》2010年第14期摘要:提出一种基于混沌序列的彩色图像加密算法。

该算法首先应用二维Logistic混沌系统产生2个混沌序列,利用对2个混沌序列进行排序产生的2个编号序列对彩色图像进行位置的置乱,然后应用三维Lorenz混沌系统产生的混沌序列中各值进行大小排序,用以引导对置乱后的彩色图像进行像素点的值的置换操作,从而实现对颜色的加密。

实验结果表明,该算法具有密钥空间大、安全性高和保密性好的特点。

关键词: 混沌序列; 置乱; 彩色图像; 像素置换中图分类号:TN309 文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)14-0053-03New Color Image Encryption Algorithm Based on Chaos SequencesMU Xiu-chun, ZI Hong(College of Electric and Information Engineering, Heilongjiang Institute of Science and Technology, Harbin 150027, China)Abstract: A color image encryption algorithm based on the chaos sequences is proposed, which generates two chaos sequences by 2D Logistic chaos system, scrambles the position of color images by two coding sequences produced by ranking the two chaos sequences, and then carries out the scrambling operation in which the R,G,B values of pixel points of the scrambled color images are shuffled by the ranking of three chaos sequences produced by 3D Lorenz chaos system to realize the color encryption. The experimental results show that this algorithm has a large key space, high security and good conficentialty.Keywords: chaos sequence; scrambling; color image; pixel replacement随着互联网和多媒体技术的不断发展,图像加密技术越来越受到人们的重视。