基于DSP的混沌數字圖像加密與硬件設計

　　發(fā)送信號與接收信號均受同一信號P(t)驅動，在方程參數匹配的情況下，可實現嚴格的同步，這種嚴格的同步不受信號S0(t)幅度大小的影響?；煦缧盘柵c圖像信號相疊加時，混沌信號要大于圖像信號，但不能太大，否則將破壞系統(tǒng)的混沌狀態(tài)。一般應滿足，混沌信號與圖像信號的比值在10～100之間。不同的混沌系統(tǒng)，比值的要求也不同。此外，在保密性要求較高時，一般取比值>100。

　　DSP5509允許用戶通過圖像窗口觀測圖像，具體操作步驟如下：

　　(1)首先選取一幅靜止的圖像，將圖像轉換成80×80的bmp格式文件，通過Matlab工具將圖像數據轉換成矩陣形式儲存。

　　(2)在CCS3．3中進行C語言編程，將圖像轉存進DSP的SARAM中。通過編譯、運行，將數據下載到硬件DSP5509中。

　　(3)在CCS3．3界面上打開View里面的Graph中的image窗口進行相關的配置，設置如圖7所示，點擊“OK”使配置生效。于是CCS3．3的界面上出現了一幅的bmp圖像如圖8所示。

　　在對圖像進行混沌加密前，必須保證在三基色圖像信號溶入后Lorenz混沌吸引子不會發(fā)散。可通過編程，將3個基色信號分別溶人到混沌吸引子中，在示波器上通過觀察到3個信號分別溶入后的混沌吸引子相圖與原混沌吸引子相圖幾乎一致，說明圖像的三基色信號被加密在混沌信號之中。

3 硬件實驗結果

　　將程序下載到DSP實驗板上運行，得到如圖9所示的加密圖像。當發(fā)送端與接收端參數完全匹配時，加入解密程序，將會得到如圖10所示的解密圖像，其還原質量較好。若解密時稍改動一下Lorenz系統(tǒng)初始值，例如，將c=8／3改變成c=3，其余參數不變，將解不出原圖像，會得到與圖9相近的圖像。同理，若接收端的某個參數略有失配，則也將無法還原出原圖像信號，這說明該系統(tǒng)的安全性來自于對發(fā)送端與接收端參數失配的高度敏感性，在事先不知道發(fā)送端系統(tǒng)參數的情況下，要想破譯出原圖像信號難度較大。

　　由于開始混沌還沒有完全進入同步，所以在圖像的上部分出現一點模糊現象，但總體來說，解密的效果較好。

4 結束語

　　采用三維Lorenz混沌系統(tǒng)對數字圖像加密，能改善低維混沌加密時密鑰空間的不足。用DSP作為數字信號處理器件，實現發(fā)送端與接收端的混沌迭代參數完全匹配，圖像的還原質量較好。在三維Lorenz混沌系統(tǒng)的圖像加密中，采用了閉環(huán)方案，并且用DSP硬件進行實現，圖像信息經多次迭代后，使得初始明文圖像的微小差異在加密過程中得到不斷的擴散，能進一步抵御選擇明文攻擊，安全性能得到了改善。此外，這種利用DSP硬件實現圖像加密與解密的方法，與軟件加密與解密相比，在速度上有了較大的提高，能滿足實時性的要求。

　　由于混沌信號具有信號頻譜寬，形似噪聲，狀態(tài)不可預估等特點，攻擊者很難從中提取真實信號。此外，接收端真實信號的恢復依賴于驅動系統(tǒng)和響應系統(tǒng)的同步，這要求二者具有相同的參數，微小的差異將導致同步失敗，而不能在接收端恢復真實信號。這使非法接收者難以用統(tǒng)計分析方法估計系統(tǒng)的參數，從而不能破譯真實信號，使系統(tǒng)具有較好的保密性能。然而，目前盡管混沌保密通信技術的研究仍處于實驗室階段，但由于混沌保密通信具有實時性強、保密性高、運算速度快等明顯優(yōu)點，已顯示出其在保密通信領域中的優(yōu)勢。