申请/专利权人：盐城工学院

申请日：2024-01-15

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN117857716A

主分类号：H04N1/44

分类号：H04N1/44;H04L9/00;G06N3/04;G06F21/60

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.04.09#公开

摘要：本发明公开了基于惯性神经网络事件触发同步的图像加密方法及系统，包括建立具有分布时滞的切换惯性神经网络驱动系统和响应系统；根据所述驱动系统和响应系统设定同步误差，构建同步误差系统，并设计事件触发间歇控制器；根据所述的同步误差系统与所述的事件触发间歇控制器，建立合适的李雅普诺夫函数，确定所述事件触发间歇控制器的控制增益，使得所述响应系统同步于所述驱动系统，进而实现图像加密及解密。本发明能有效降低通信资源的浪费且能显著提高图像加密系统的安全性。

主权项：1.基于惯性神经网络事件触发同步的图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：建立具有分布时滞的切换惯性神经网络驱动系统和响应系统，具体包括以下步骤：步骤S1-1：建立具有分布时滞的切换惯性神经网络驱动系统为： 其中，表示所有正整数集合，n表示所述驱动系统中神经元的个数；xit表示所述驱动系统中第i个神经元的状态；fj·表示所述驱动系统神经元的激活函数且满足|fjy-fjx|≤lj|y-x|，其中|fj·|≤Mj是有界的，lj和Mj为正常数，且y≠x为已知参数；表示所述驱动系统的惯性项；δt和τt分别表示离散时滞和分布时滞，且满足0δt≤δ，0τt≤τ和其中r＝max{δ,τ}；Iit是系统的外部输入；βi和αi是正常数，bijxit、cijxit和dijxit表示所述驱动系统中基于状态的切换权重，形式如下： 其中，和是常数；切换间隔Θi0；φis和ψis是连续有界函数；对所述驱动系统进行变量替换降阶处理，驱动系统改写成如下形式： 其中，ξi为常数；pi＝αi+ξiξi-βi，qi＝βi-ξi；φis和Δis是连续有界函数；所述驱动系统中相关性能指标满足不等式：其中和ε为正常数，步骤S1-2：建立具有分布时滞的切换惯性神经网络响应系统为： 其中，表示所述响应系统中第i个神经元的状态；Uit为控制器；和是连续有界函数；所述响应系统中其它性能指标和驱动系统中的性能指标相同；对所述响应系统进行变量替换降阶处理，所述响应系统改写成如下形式： 其中，ξi为常数；和是连续有界函数；步骤S2：根据所述驱动系统和所述响应系统，设定同步误差，构建同步误差系统，并设计事件触发间歇控制器，具体包括以下步骤：步骤S2-1：设定所述驱动系统和响应系统的同步误差为：和步骤S2-2：根据所述的同步误差，构建同步误差系统为： 其中，co{a1,a2}表示由a1和a2生成的闭包凸包；步骤S2-3：设计事件触发间歇控制器为： 其中，χi和γi为控制增益；[tk,ζk和[ζk,tk+1分别表示控制器的控制时间区间和休息时间区间，表示节点i的事件触发时刻；设测量误差为则具体事件触发时刻为： 其中，κ∈[0,1]，χmax＝max{χ1,χ2,…,χn}，步骤S3：根据所述同步误差系统与所述事件触发间歇控制器，建立合适的李雅普诺夫函数，确定所述事件触发间歇控制器的控制增益，使得所述响应系统同步于所述驱动系统，具体包括以下步骤：步骤S3-1：构建李雅普诺夫函数表达式为： 其中，μij为正常数矩阵；步骤S3-2：根据所述李雅普诺夫函数，利用李雅普诺夫稳定性理论，确定所述事件触发间歇控制器中的控制增益χi和γi满足如下不等式： 其中，为正常数，sign·表示符号函数；步骤S4：基于所述响应系统在所述事件触发间歇控制器的作用下同步于所述驱动系统，进而实现图像加密及解密，具体实施步骤如下：步骤S4-1：读取原始彩色图像，获得一个数据大小为M×N×3的图像矩阵，并分别提取其Ru,v，Gu,b和Bu,v三种颜色分量矩阵，Ru,v为红色分量矩阵，Gu,v为绿色分量矩阵，Bu,v为蓝色分量矩阵，其中u∈{1,2,…,M}，v∈{1,2,…,N}，这些分量的取值范围在0到255之间，表示了彩色图像中每个像素点的红、绿、蓝三个通道的强度值；步骤S4-2：待所述驱动系统与所述响应系统在事件触发间歇控制器的作用下达到同步后，根据驱动系统的混沌信号，选取三个混沌信号序列s1u,v、s2u,v和s3u,v；步骤S4-3：将所述三个混沌信号序列s1u,v、s2u,v和s3u,v，经过特定转换后，得到三个新的信号序列S1u,v、S2u,v和S3u,v，步骤S4-3使用的特定转换公式为：S1u,v＝mod10000*s1u,v-floors1u,v,256，S2u,v＝mod10000*s2u,v-floors2u,v,256，S3u,v＝mod10000*s3u,v-floors3u,v,256；步骤S4-4：将所述信号序列S1u,v、S2u,v和S2u,v分别与原始图像的Ru,v、Gu,v和Bu,v三种颜色分量矩阵中的对应位置元素进行异或运算，获得第一次像素置换的图像矩阵R1u,v、G1u,v和B1u,v；步骤S4-5：采用arnold变换对所述三种颜色分量矩阵R1u,b、G1u,v和B1u,v进行置乱操作，得到置乱后的三种颜色分量矩阵R2u,v、G2u,v和B2u,v，所述arnold变换算法为： 其中X,Y为像素的原始位置，X′,Y′为像素置乱后的位置，A和B为常数；步骤S4-6：将所述三种颜色分量矩阵R2u,v、G2u,v和B2u,v作为加密图像的三种颜色分量矩阵，组合在一起，生成加密图像；步骤S4-7：读取加密图像，提取加密图像的三种颜色分量矩阵ru,v、gu,v和bu,v；步骤S4-8：采用arnold逆变换对所述三种颜色分量矩阵ru,v、gu,v和bu,v进行逆置乱操作，还原得到三种颜色分量矩阵r1u,v、g1u,v和b1u,v，所述arnold逆变换算法为： 其中X,Y为像素的原始位置，X′,Y′为像素置乱后的位置，A和B为常数；步骤S4-9：待所述驱动系统与所述响应系统在事件触发间歇控制器的作用下达到同步后，根据响应系统的混沌信号，选取与所述混沌信号序列s1u,v、s2u,v和s3u,v对应的混沌信号序列和步骤S4-10：将所述混沌信号序列和经过特定转换后，得到三个新的信号序列和步骤S4-10使用的特定转换公式为： 步骤S4-11：将所述三个新的信号序列和分别与所述三种颜色分量矩阵r1u,v、g1u,v和b1u,v中的对应位置元素进行异或运算，还原得到原始彩色图像的三种颜色分量矩阵r2u,v、g2u,v和b2u,v；步骤S4-12：将所述三种颜色分量矩阵r2u,v、g2u,v和b2u,v重新组合，解密得到原始彩色图像。

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