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专利号: 2024109399877
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-01-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种简化的二维偏置混沌振荡器,其特征在于,包括X维微分运算电路、Y维微分运算电路、Z维微分运算电路、若干直流电源和电阻;所述X维微分运算电路用于实现混沌振荡器x维的微分运算;所述Y维微分运算电路用于实现混沌振荡器y维的微分运算;所述Z维微分运算电路用于实现混沌振荡器z维的微分运算;直流电源串联接入X维微分运算电路的x变量支路实现对系统变量x的调控;直流电源和电阻串联接入Y维微分运算电路的y变量支路实现反对x,y变量的偏置同调;

所述X维微分运算电路包括乘法器U1、电阻R1、电容C1、直流电源V3和直流电源V4;乘法器U1由外部电源VCC、VEE分别通过端口VS+和VS‑驱动,乘法器U1的X1端口接入直流电源V3,X2端口接输入信号z,Y1端口接入直流电源V4,Y2端口接地;电阻R1的两端分别接在乘法器U1的输出端口W和Z上;电容C1一端接上输入信号x,一端接地实现变量x的微分运算;

所述Y维微分运算电路包括乘法器U2、电阻R2、R3、电容C2和直流电源V2;乘法器U2由外部电源VCC、VEE分别通过端口VS+和VS‑驱动,乘法器U2的X1、Y2端口接地,X2、Y1端口与输入信号z相连;电阻R2的两端分别接在乘法器U2的输出端口W和Z上;电阻R3与直流电源V2串联后与电容C2并联,调节直流电源V2的电压值实现对变量x、y的偏置同控;电容C2一端接地,一端连接输入信号y,实现对变量y的微分;

所述Z维微分运算电路包括乘法器U3、电阻R4、电容C3、直流电源V1和直流电源V5;乘法器U3由外部电源VCC、VEE分别通过端口VS+和VS‑驱动,乘法器U3的端口X1连接输入信号x与直流电源V1的串联结构,通过调节直流电源V1的电压值实现对变量x的偏置调控,X2端口连接输入信号y,Y1端口连接直流电压V5、Y2端口接地;电阻R4的两端分别接在乘法器U3的输出端口W和Z上;电容C3一端接地,一端与输入信号z连接,实现对变量z的微分。

2.一种基于权利要求1所述的简化的二维偏置混沌振荡器的图像混沌加密方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一:将原始图像经过灰度处理后,转化为灰度图像;

步骤二:设置混沌系统初始值x0,y0,z0和偏置量d1,d2,利用欧拉法求解微分方程得到x维度混沌序列x(t),将该混沌序列归一化后作为新的序列对灰度图像进行置乱操作;

步骤二中,偏置量d1,d2的关系为:

其中,V1、V2为直流电源,R3、R4为电阻,C2、C3为电容

步骤三:将置乱后的图像与生成的x维度混沌序列相异或扩散;

步骤四:再重新设置混沌系统初始值x0’,y0’,z0’和偏置量d1’,d2’,利用欧拉法求解微分方程得到x维度混沌序列x’(t),将该序列归一化处理后作为凯撒加密的加密密钥,并采用该密钥对扩散操作后的图像进行凯撒密码加密,得到加密后的图像;

步骤五:由于混沌系统具有初值敏感性,仅当混沌系统再次设置初始值和偏置量为x0’,y0’,z0’,d1’,d2’时,才能得到与加密过程中相同的凯撒加密密钥,再利用凯撒加密密钥对加密图像进行凯撒解密操作,得到解密好的图像;

步骤六:设置混沌系统初始值x0,y0,z0和偏置量d1,d2,生成与加密相同的混沌序列,利用该混沌序列对步骤五解密好的图像进行反向扩散操作;

步骤七:对已经反向扩散好的图像利用相同的混沌序列进行反向置乱操作,得到解密图像。

3.根据权利要求2所述的一种基于简化的二维偏置混沌振荡器的图像混沌加密方法,其特征在于,步骤三中,所述异或扩散的公式为:其中E(k)是序列数为k的异或结果,D(k)是置乱后的图像,x(t)是x维度混沌序列。