基于DSP的混沌数字图像加密与硬件实现

　　随着计算机及通信技术的发展，图像处理及应用愈加广泛。现代DSP技术的发展和应用为实现图像处理奠定了基础。高性能的DSP处理器作为图像处理首选的核心器件，并能通过软件编程实现各种处理算法，提高系统处理能力和扩展系统功能。

　　近来混沌的同步控制理论日趋成熟，为混沌在通信中的应用提供了理论基础。混沌信号的非周期性连续宽带频谱，类似噪声的特性。另外，混沌信号对初始条件的高度敏感，即使两个完全相同的混沌系统从近乎相同的初始条件开始演化，其轨道将很快变得互不相关，这使得混沌信号具有长期不可预测性和抗截获能力。而且具有多个正李氏指数的超混沌系统，及复杂的运动轨迹，这使得混沌信号具有较高的复杂度。同时混沌系统本身具有确定性，由非线性系统的方程、参数和初始条件所决定，因此，混沌信号易于产生复制。混沌信号的隐蔽性、不可预测性、高复杂度和易于实现等特性都适合于保密通信。与其他加密方法不同的是，混沌加密是一种动态加密方法，由于其处理速度和密钥长度无关，因此这种方法的计算效率高、可用于实时信号处理和静态加密场合。且用此方法加密的信息很难破译，具有很高的保密度。即使在连续摄动存在的情况下，混沌同步效应过程也是稳定的。特别是在混沌信号上加上一个较小的信息源，当混合信号传到接收器上后，由接收器上参数相同的混沌电路捕捉其中主要的混沌分量，可以较好地恢复输送的信息源。

　　目前对混沌加密的实现还局限于计算机仿真，有关硬件实现的报道也很少。而用于混沌加密的系统，通常是一维或二维，如Logistic映射等，这类系统的方程形式简单且易于实现，但存在密钥空间小、抵御穷举攻击能力差、容易被相空间重构方法进行混沌系统识别等问题。针对上述问题本文提出了用三维Lorenz混沌系统和DSP技术实现混沌数字图像加密及其硬件实现的新方法。根据离散化和数字化处理技术，对三维Lorenz系统作离散化处理后，能产生混沌迭代序列。在设计图像红、绿、蓝三基色信号混沌加密与解密算法的基础上，利用芯片型号为TMS320VC5509A的DSP开发平台，进行了8×8的bmp格式灰度图像加密与解密的硬件实验研究，并给出了实验结果，其系统框图如图1所示。

　　1 Lorenz系统离散化及DSP硬件实现

　　Lorenz系统作为经典三维混沌系统，生成的混沌序列有其自身的特点。与一维和二维等低维混沌系统相比，具有更为复杂的混沌动力学行为，产生的混沌序列更不可预测。系统的3个初始值和3个参数都可以作为生成加密混沌序列的种子密钥，产生的密钥空间大于一维和二维的混沌系统。如果对系统输出的混沌序列进行处理，还可以采用单变量或多变量组合的加密混沌序列，使得序列密码的设计和应用更加灵活方便。