[发明专利]一种基于光混沌的彩色图像加密传输的方法及其系统

说明书

本发明公开了一种基于光混沌的彩色图像加密传输的方法及其系统，该系统包括激光器模块，图像加密模块以及图像解密模块。首先，激光器在光反馈作用下产生混沌输出，从产生的混沌信号中提取加密密钥；采用3D猫映射与Logistic混沌映射等方法对原始图像进行置乱与扩散的加密处理；采用混沌掩盖技术使加密图像在光纤中进行传输，再对其进行相应的解密处理从而恢复原图。本发明提供了一种安全性能高，传输速度快的彩色图像加密传输的方法及其系统。

技术领域

本发明涉及光保密通信和图像加密领域，尤其是涉及一种基于光混沌的彩色图像加密传输的方法及其系统。

背景技术

现代科学技术的发展，使得信息时代已经来临，人们发送信息和获取信息的速度越来越快，途径越来越多。信息时代给人们生活带来舒适与便捷的同时也造成了信息易被复制、篡改、泄露等问题。而在军事、交通、经济、政治、教育、传媒等各个领域中每秒都会产生数量庞大的图像信息，其中不乏一些非常有价值且需要高度保密的图像信息。因此，图像信息的安全性与保密性就变得非常重要，图像加密传输的方法与方式成为了人们关注的重点。

自从1998年美国学者Fridrich提出了一种基于混沌系统的图像加密算法，基于混沌理论的图像加密技术就成为了图像加密领域中应用最为广泛的一种方法。混沌现象是由确定性的混沌系统产生的一种随机现象，是一种伪随机过程，具有初值的极端敏感性、非周期性及遍历性等特点，这些特点非常适合用于Fridrich提出的图像加密方法中的置乱与扩散过程。置乱过程是对图像的每个像素的位置进行处理；扩散过程是对图像的像素值进行处理。通过这两种过程，原始图像本身的空间顺序和局部相关性都被破坏，使得图像无法辨识，窃密者无法解密。

迄今为止，人们对混沌系统的图像加密的研究主要集中在电学混沌领域，众多的专家学者在此领域取得了极大的成就。但是电学混沌会受到电子电路的限制导致带宽低，衰减大，损耗高等问题，这极大的限制了其应用的范围与工作效率。

随着激光器的发展与更新，激光混沌保密通信成为了近年来的一个新领域。半导体激光器通过一些方式可以产生高维混沌输出。此光混沌信号具有高带宽，低衰减，低损耗，安全性高的优点，克服了电混沌的限制，因此光混沌可以应用于图像加密传输。

发明内容

本发明提出一种传输速率高，损耗低，加密安全性高的基于光混沌的彩色图像加密传输的方法及其系统。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种基于光混沌的彩色图像加密传输的方法及其系统，所述基于光混沌的彩色图像加密传输的方法及其系统包括激光器模块，图像加密模块，图像解密模块和传输模块。所述激光器模块与图像加密模块相连；激光器模块与传输模块相连；图像加密模块与传输模块相连；传输模块与图像解密模块相连。

上述的基于光混沌的彩色图像加密传输的方法及其系统首先利用激光器模块产生混沌激光输出，而后产生同步激光混沌信号，产生的激光混沌信号用于提取加密密钥，同时也是传输过程中的混沌载波；原始图像通过图像加密模块进行一系列的图像加密处理后，对加密图像与混沌载波进行调制，将调制后的信号通过传输模块进行传输，再解调出加密图像；加密图像通过图像解密模块进行一系列的图像解密处理后，实现图像的恢复。

一种基于光混沌的彩色图像加密传输的方法及其系统，所述激光器模块包括主激光器、从激光器、分束器、光学衰减器、光隔离器、中性密度滤光片、光学加法器、光学减法器、光开关等器件。

上述激光器模块利用主激光器产生混沌激光输出，输出的混沌激光通过分束器、光学衰减器、光隔离器、中性密度滤光片等器件后分别注入了两个从激光器，经过光纤的传输实现其混沌信号的同步并从其混沌输出中提取加解密使用的密钥空间，再由光学加法器、光学减法器、光开关实现其混沌掩盖等混沌调制技术。

所述图像加密模块包括预处理部分、置乱加密部分、扩散加密部分和混沌密钥部分。