利用混沌同步進(jìn)行加密是當(dāng)前信息安全的一個(gè)熱門研究領(lǐng)域，它不但具有良好的實(shí)時(shí)性，而且可以有效地避免混沌密鑰序列的周期性，其主要難題是如何傳輸混沌同步信號(hào)。

數(shù)字音頻加密

1、數(shù)字音頻加密方案

整個(gè)加密系統(tǒng)的原理如圖l所示。加密時(shí)，對混沌系統(tǒng)引入隨機(jī)微擾。，破壞由有限字長所造成的數(shù)值迭代的周期性，從而使混沌系統(tǒng)的狀態(tài)變量，具有更高的隨機(jī)性。首先，分析音頻序列{s），找出冗余信息的位置。然后，對于冗余的位置，將同步信號(hào)y．以加密算法R進(jìn)行加密，得到加密的同步信號(hào){kn）；對于非冗余的音頻信息，用z一以算法K生成密鑰序列{kn），并利用該序列以加密算法C對這些音頻加密，得到加密的音頻。直接合并即為最終的加密音頻。解密過程剛好相反。

從上述的加密和解密過程可以看出，該方案密鑰除了可來自混沌系統(tǒng)的參數(shù)之外，還可以來自加密過程K，C和R，所以本方法擁有廣闊的密鑰空間。另外，C和R還可以采用現(xiàn)有的數(shù)字加密算法。每一個(gè)環(huán)節(jié)在解密時(shí)都必須正確無誤，所以本方案具有很強(qiáng)的抗破解能力。

本加密方案中，有三個(gè)關(guān)鍵問題需要解決：

(l)采用何種混沌同步方法，使在傳輸盡可能少的同步信號(hào)的情況下，得到．更小誤差范圍內(nèi)的近似同步;

(2)如何確定冗余信息的位置，從而在保證能夠?qū)崿F(xiàn)混沌近似同步的情況下，盡可能縮小恢復(fù)音頻與原始音頻之間的差別;

(3)如何從(S:)中區(qū)分出同步信號(hào)來。：這三個(gè)問題直接決定了通信的質(zhì)量。

下面以二維超混沌映射為例來進(jìn)行詳細(xì)說明。

2、一類二維超混沌映射的近似同步

現(xiàn)在，以一類二維超混沌映射的某組參數(shù)為例來進(jìn)行討論。該類超混沌系統(tǒng)方程為:

其中yn是標(biāo)量輸出，g:R2一R是非線型函數(shù)，A∈R2X2，6，c，K∈R2為參數(shù)。表1為一些超混沌參數(shù)和系統(tǒng)的Lyapunov指數(shù)。

根據(jù)Dead - Beat同步方法，它的同步系統(tǒng)為：

則其同步誤差顯然，若r6AbA2b ”一 A-lb]滿秩，A一bKT的所有特征值可以通過K任意配置。即存在一個(gè)K使A -bKr的所有特征值都為0，經(jīng)硯步迭代，e(k)=O，達(dá)到完全同步。

在本加密方案中，對式(1)引入隨機(jī)微擾：

同步系統(tǒng)為：

如果￡充分小，有同步信號(hào)時(shí)，經(jīng)Z．步達(dá)到誤差接近的近似同步；沒有同步信號(hào)時(shí)，經(jīng)l2步這個(gè)誤差會(huì)慢慢放大至恢復(fù)密鑰序列所容許的誤差范圍的邊界附近。對于這類二維超混沌系統(tǒng)而言，約為2或3，而Z：遠(yuǎn)大于Z。這樣一來，只要每間隔不超過如步，發(fā)送3步混沌同步信號(hào)就能準(zhǔn)確恢復(fù)密鑰序列實(shí)現(xiàn)解密。

3、音頻樣點(diǎn)是否冗余的自適應(yīng)判別方法

若相鄰三樣點(diǎn)sn，sn+l，sn+2冗余，則取其前后各2個(gè)樣點(diǎn)組成四個(gè)采樣點(diǎn)，用三次多項(xiàng)式插值恢復(fù)出的三個(gè)樣點(diǎn)信息為：

定義誤差距離為：

判別相鄰的三個(gè)樣點(diǎn)是否為可替換成同步信號(hào)的冗余音頻，其自適應(yīng)算法如下；

(1)信號(hào)開頭的三個(gè)樣點(diǎn)可直接替換成同步信號(hào)

(2)計(jì)算dr+12/2+3～d臥f：+3，找到其最小值di。為冗余音頻樣點(diǎn)，可替換成混沌同步信息。重復(fù)該步直到音頻信號(hào)結(jié)束。

4、同步信號(hào)的自動(dòng)判別算法

在解密時(shí)，首先要從接收到的加密信號(hào)S：中分離 出混沌同步信號(hào)，并進(jìn)行混沌同步。其算法如下：

(l)令混沌同步標(biāo)志T-O。

(2)若信號(hào)結(jié)束，算法完成。

(3)說明假設(shè)不成立，令n- n+l，返回(2)，否則進(jìn)入(4)。

(4)若T—O，令y—-2也為同步信號(hào)，代入式(4)迭代一步。

admin

收藏 海報(bào)分享