基于DSP的混沌數(shù)字圖像加密與硬件設(shè)計(jì)

　　發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)均受同一信號(hào)P(t)驅(qū)動(dòng)，在方程參數(shù)匹配的情況下，可實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步，這種嚴(yán)格的同步不受信號(hào)S0(t)幅度大小的影響?；煦缧盘?hào)與圖像信號(hào)相疊加時(shí)，混沌信號(hào)要大于圖像信號(hào)，但不能太大，否則將破壞系統(tǒng)的混沌狀態(tài)。一般應(yīng)滿足，混沌信號(hào)與圖像信號(hào)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(shí)，一般取比值>100。

　　DSP5509允許用戶通過圖像窗口觀測(cè)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(zhuǎn)換成80×80的bmp格式文件，通過Matlab工具將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矩陣形式儲(chǔ)存。

　　(2)在CCS3．3中進(jìn)行C語言編程，將圖像轉(zhuǎn)存進(jìn)DSP的SARAM中。通過編譯、運(yùn)行，將數(shù)據(jù)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(jìn)行相關(guān)的配置，設(shè)置如圖7所示，點(diǎn)擊“OK”使配置生效。于是CCS3．3的界面上出現(xiàn)了一幅的bmp圖像如圖8所示。

　　在對(duì)圖像進(jìn)行混沌加密前，必須保證在三基色圖像信號(hào)溶入后Lorenz混沌吸引子不會(huì)發(fā)散?？赏ㄟ^編程，將3個(gè)基色信號(hào)分別溶人到混沌吸引子中，在示波器上通過觀察到3個(gè)信號(hào)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(hào)被加密在混沌信號(hào)之中。

3 硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　將程序下載到DSP實(shí)驗(yàn)板上運(yùn)行，得到如圖9所示的加密圖像。當(dāng)發(fā)送端與接收端參數(shù)完全匹配時(shí)，加入解密程序，將會(huì)得到如圖10所示的解密圖像，其還原質(zhì)量較好。若解密時(shí)稍改動(dòng)一下Lorenz系統(tǒng)初始值，例如，將c=8／3改變成c=3，其余參數(shù)不變，將解不出原圖像，會(huì)得到與圖9相近的圖像。同理，若接收端的某個(gè)參數(shù)略有失配，則也將無法還原出原圖像信號(hào)，這說明該系統(tǒng)的安全性來自于對(duì)發(fā)送端與接收端參數(shù)失配的高度敏感性，在事先不知道發(fā)送端系統(tǒng)參數(shù)的情況下，要想破譯出原圖像信號(hào)難度較大。

　　由于開始混沌還沒有完全進(jìn)入同步，所以在圖像的上部分出現(xiàn)一點(diǎn)模糊現(xiàn)象，但總體來說，解密的效果較好。

4 結(jié)束語

　　采用三維Lorenz混沌系統(tǒng)對(duì)數(shù)字圖像加密，能改善低維混沌加密時(shí)密鑰空間的不足。用DSP作為數(shù)字信號(hào)處理器件，實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端的混沌迭代參數(shù)完全匹配，圖像的還原質(zhì)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(jìn)行實(shí)現(xiàn)，圖像信息經(jīng)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(kuò)散，能進(jìn)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(shí)現(xiàn)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(shí)時(shí)性的要求。

　　由于混沌信號(hào)具有信號(hào)頻譜寬，形似噪聲，狀態(tài)不可預(yù)估等特點(diǎn)，攻擊者很難從中提取真實(shí)信號(hào)。此外，接收端真實(shí)信號(hào)的恢復(fù)依賴于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)的同步，這要求二者具有相同的參數(shù)，微小的差異將導(dǎo)致同步失敗，而不能在接收端恢復(fù)真實(shí)信號(hào)。這使非法接收者難以用統(tǒng)計(jì)分析方法估計(jì)系統(tǒng)的參數(shù)，從而不能破譯真實(shí)信號(hào)，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(shù)的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，但由于混沌保密通信具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、保密性高、運(yùn)算速度快等明顯優(yōu)點(diǎn)，已顯示出其在保密通信領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)。