一个新忆阻混沌系统及其在图像加密中的应用

doi:10.16182/j.issn1004731x.joss.17-0170

系统仿真学报 ›› 2019, Vol. 31 ›› Issue (5): 984-991.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.17-0170

一个新忆阻混沌系统及其在图像加密中的应用

屈双惠¹, 杨志宏², 容旭巍², 吴淑花¹

1.石家庄学院物理学院,河北石家庄 050035;
2.石家庄学院机电学院,河北石家庄 050035

收稿日期:2017-04-20 修回日期:2017-07-21 出版日期:2019-05-08 发布日期:2019-11-20
作者简介:屈双惠(1978-),女,河北石家庄,硕士,副教授,研究方向为非线性系统;杨志宏(1978-),男,河北玉田,硕士,讲师,研究方向为图像加密。
基金资助:
河北省自然科学基金(F2013106079),石家庄学院科研平台建设成果(XJPT002)

A New Memristor Chaotic System and Its Application in Image Encryption

Qu Shuanghui¹, Yang Zhihong², Rong Xuwei², Wu Shuhua¹

1. School of Physics, Shijiazhuang University, Shijiazhuang 050035, China;
2. School of electromechanical engineering, Shijiazhuang University, Shijiazhuang 050035, China

Received:2017-04-20 Revised:2017-07-21 Online:2019-05-08 Published:2019-11-20

摘要/Abstract

摘要： 通过引入离子迁移忆阻器对原Chen系统的状态方程进行了变换,构建了一个新系统,并对新系统的分岔图、李雅普诺夫指数谱等动力学特性进行了分析,结果表明新系统确实具有混沌特性。将新的忆阻混沌系统应用于图像加密技术,能够生成安全指数更高的密钥系统。采用双重扩散加密的方法,使明文与密文之间没有直接联系,将明文在各个位置像素值的影响渗透到密文的所有像素,提高了密文对明文的敏感性,促进了混沌系统在保密通信中的应用。

关键词: 离子迁移忆阻器, 混沌系统, 动力学特性, 图像加密

Abstract: A new memristor chaotic system is designed by the method of bringing an ion migration memristor into the Chen system equation. The basic dynamic characteristics of the memristive system are investigated via bifurcation, Lyapunov exponent et al, which proves the validity of the new system. The new memristor system is applied in the image encryption to improve the security of the encryption key. A dual encryption algorithm is used, which makes every pixel value of plaintext influence all pixel values of ciphertext. Although there is no direct link between plaintext and ciphertext, the sensibility of ciphertext varying with plaintext can be improved. The result improves the application in message encryption based on complex system.

Key words: ion migration memristor, chaotic system, dynamic properties, image encryption

中图分类号:

TP391.9/O415.5

屈双惠, 杨志宏, 容旭巍, 吴淑花. 一个新忆阻混沌系统及其在图像加密中的应用[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(5): 984-991.

Qu Shuanghui, Yang Zhihong, Rong Xuwei, Wu Shuhua. A New Memristor Chaotic System and Its Application in Image Encryption[J]. Journal of System Simulation, 2019, 31(5): 984-991.

参考文献

[1] 方颖, 徐炳吉. 一种基于荷控忆阻器的混沌电路[J]. 计算机科学, 2014, 41(11): 447-450.
Fang Ying, Xu Bingji.Charge-controlled Memristor-based Chaotic Circuit[J]. Computer Science, 2014, 41(11): 447-450.
[2] 杨芳艳, 冷家丽, 李清都. 基于Chua电路的四维超混沌忆阻电路[J]. 物理学报, 2014, 63(8): 080502.
Yang Fangyan, Leng Jiali, Li Qingdu.The 4-dimensional hyperchaotic memristive circuit based on Chua’s circuit[J]. Acta Physica Sinica, 2014, 63(8): 080502.
[3] 宋德华, 吕梦菲, 任翔, 等. 忆阻电路的基本性质及其应用[J]. 物理学报, 2012, 61(11): 118101.
Song Dehua, Lü Mengfei, Ren Xiang, et al.Basic properties and applications of the memristor circuit[J]. Acta Physica Sinica, 2012, 61(11): 118101.
[4] 谭志平, 杨红姣, 刘奇能, 等. 最简荷控型忆阻器混沌电路的设计及实现[J]. 计算物理, 2015, 32(4): 496-504.
Tan Zhiping, Yang Hongjiao, Liu Qineng, et al.Analysis and Implementation of a Simplest Charge-controlled Memristor Chaotic Circuit[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2015, 32(4): 496-504.
[5] 阮静雅, 孙克辉, 牟俊. 基于忆阻器反馈的Lorenz超混沌系统及其电路实现[J]. 物理学报, 2016, 65(19): 190502.
Ruan Jingya, Sun Kehui, Mou Jun.Memristor-based Lorenz hyper-chaotic system and its circuit implementation[J]. Acta Physica Sinica, 2016, 65(19): 190502.
[6] 闵富红, 王珠林, 王恩荣, 等. 新型忆阻器混沌电路及其在图像加密中的应用[J]. 电子与信息学报, 2016, 38(10): 2681-2688.
Min Fuhong, Wang Zhulin, Wang Enrong, et al.New Memristor Chaotic Circuit and Its Application to Image Encryption[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2016, 38(10): 2681-2688.
[7] 王静, 蒋国平. 一种超混沌图像加密算法的安全性分析及其改进[J]. 物理学报, 2011, 60(6): 060503.
Wang Jing, Jiang Guoping.Cryptanalysis of a hyper-chaotic image encryption algorithm and its improved version[J]. Acta Physica Sinica, 2011, 60(6): 060503.
[8] 张晓丹, 李志萍, 张丽丽. 一类基于奇异值分解的Lyapunov指数计算方法[J]. 北京科技大学学报, 2005, 27(3): 371-374.
Zhang Xiaodan, Li Zhiping, Zhang Lili.A Method Based on Singular Value Decomposition for Computation of Lyapunov exponent[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing, 2005, 27(3): 371-374.
[9] Azzaz M S, Tanougast C, Sadoudi S, et al.Robust chaotic key stream generator for real-time images encryption[J]. Journal of Real-Time Image Processing(S1861-8200), 2013, 8(3): 297-306.
[10] 张小红, 廖琳玉, 俞梁华. 新型忆阻细胞神经网络的建模及电路仿真[J]. 系统仿真学报, 2016, 28(8): 1715-1731.
Zhang Xiaohong, Liao Linyu, Yu Lianghua.Novel Modeling of Memristive Cellular Neural Network and Its Circuit Simulation[J]. Journal of System Simulation, 2016, 28(8): 1715-1731.
[11] Deng X H, Zhu C X.Image encryption algorithms based on chaos through dual scrambling of pixel position and bit[J]. Journal on Communications (S2374-4367), 2014, 35(3): 216-223.
[12] Wang Y, Wong K W, Liao X, et al.A new chaos-based fast image encryption algorithm[J]. Applied Soft Computing (S1568-4946), 2011, 11(1): 514-522.

一个新忆阻混沌系统及其在图像加密中的应用

A New Memristor Chaotic System and Its Application in Image Encryption

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 9

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	董泽, 马宁. 差分量子粒子群算法的分数阶混沌系统参数估计[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(8): 1664-1673.
[2]	刘丽兰, 任博林, 朱国栋. 一种非线性吸振器的振动特性及参数影响研究[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(10): 2069-2077.
[3]	黄宇, 谢天, 武蕊. 一类分数阶混沌系统的线性自抗扰优化控制[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(10): 2093-2102.
[4]	陈振涛, 刘凤, 王晓蕾, 叶松. 不同横流攻角时抛弃式探头水动力学特性研究[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(9): 3546-3551.
[5]	李琳, 孔留勇. 一种基于混沌的新型图像加密算法[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(3): 954-961.
[6]	神和龙, 尹勇, 王秀杰. 海洋工程船克令吊装卸仿真系统的运动模型[J]. 系统仿真学报, 2016, 28(9): 2090-2095.
[7]	薛薇, 徐进康, 贾红艳. 一个分数阶超混沌系统同步及其保密通信研究[J]. 系统仿真学报, 2016, 28(8): 1915-1922.
[8]	黄宇, 王佳荣, 梁伟平. 求解分数阶混沌系统参数估计问题的和声引力搜索算法[J]. 系统仿真学报, 2016, 28(5): 1045-1053.
[9]	张军挪, 王瑞林, 李涛, 化斌斌. 不同路面条件下车载转管机枪动力学特性研究[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(5): 1087-1094.