基于忆阻器电路的混沌图像加密算法研究

At present, the chaotic system is not convenient for hardware implementation, which further hinders the application of chaos theory in image encryption. Faced with this situation, this project studies the chaotic system generated by memristor circuit, and to research the image encryption algorithm based on this chaotic system. To memristor chaotic circuit research, from the construction of the circuit model, the selection of the memristance or memductance, and the adjustment of the parameters to improve the existing memristor chaotic circuits and design a new memristor chaotic circuit to generate complex chaotic and hyperchaotic behavior. To chaotic image encryption algorithm research, analysis the property of memristor chaotic system, combine the memristor chaotic system with image self-adaptive, bit-level image encryption, block encryption, sorting, DNA sequence coding and other algorithms to design the confusion and diffusion. To propose an image encryption algorithm based on memristor chaotic system, which has good performance and is convenient for hardware implementation. This project is effective to improve the research level of chaotic image encryption, and provide new idea and theory for application of image encryption and information security.

目前，混沌系统不便于硬件实现这一问题，阻碍了混沌理论在图像加密中的进一步应用。因此本项目对忆阻器电路所产生的混沌系统进行研究，并基于此混沌系统设计图像加密算法。忆阻器混沌电路的研究方面，从电路模型的构建、忆阻/忆导函数的选择、参数调节等方面改进已有的忆阻器混沌电路并构建新的电路，研究在不同情况下系统的吸引子数量以及吸引域大小等动力学行为的演进及改变，使其产生复杂的混沌及超混沌行为。混沌图像加密算法设计方面，分析忆阻器混沌系统的性质，将此混沌系统与图像自适应、图像比特位、块加密、DNA序列编码等算法相结合设计图像加密算法的混淆与扩散变换，提出性能良好、便于硬件实现的基于忆阻器混沌系统的图像加密算法。本项目研究意义在于提高混沌图像加密的研究水平，为完善图像加密及信息安全的研究提供新的思路与理论依据。

随着移动互联网、大数据、人工智能及5G通信等信息技术的蓬勃发展，数字图像的信息安全问题引人关注。混沌系统所具有的对控制参数和初始条件的敏感性、遍历性、类随机特性和轨道的不可预测性等特性使得混沌理论在密码学领域之中有着很大应用潜力。本项目对忆阻器电路所产生的混沌系统以及超混沌系统进行研究，并基于混沌系统设计图像加密算法。. 忆阻器混沌电路的研究方面，从电路模型的构建、忆阻/忆导函数的选择、参数调节等方面改进已有的忆阻器混沌电路并构建新的电路，研究在不同情况下系统的吸引子数量以及吸引域大小等动力学行为的演进及改变，使其产生复杂的混沌及超混沌行为。超混沌系统设计中，采用交差耦合系统结构，选择非线性混沌系统，使其产生超混沌性质。. 混沌图像加密算法设计及混沌图像水印算法设计方面，将产生的混沌系统、超混沌系统与图像图像比特位、块加密、DNA序列编码等算法相结合设计图像加密算法的混淆与扩散变换，提出性能良好、便于硬件实现的图像加密算法。本项目研究意义在于提高混沌图像加密的研究水平，为完善图像加密及信息安全的研究提供新的思路与理论依据。