A three-dimensional memristor-based hyperchaotic map for pseudorandom number generation and multi-image encryption

加密 伪随机数发生器 李雅普诺夫指数 记忆电阻器 混乱的 密码学 计算机科学 算法 吸引子 赫农地图 理论计算机科学 数学 人工智能 数学分析 工程类 电气工程 操作系统
作者
Suo Gao,Siqi Ding,Herbert Ho‐Ching Iu,Uğur Erkan,Abdurrahim Toktaş,Cemaleddin Şimşek,Rui Wu,Xianying Xu,Yinghong Cao,Jun Mou
出处
期刊:Chaos [American Institute of Physics]
卷期号:35 (7) 被引量:78
标识
DOI:10.1063/5.0270220
摘要

The resistance state of a memristor can be influenced by external stimuli, and these variations can be converted into a pseudorandom sequence through appropriate circuitry and control mechanisms. By leveraging this property, a reliable and complex pseudorandom number generator suitable for encryption can be designed. To enhance the chaotic complexity of memristor-based discrete systems, this paper introduces a three-dimensional hyperchaotic map based on a memristor (3D-HMBM), which integrates a sine-function nonlinearity with a discrete memristor model. Analyzing its dynamical properties via Lyapunov exponents, the 3D-HMBM exhibits evolution from periodicity to chaos and hyperchaos. The complexity of its iterated sequences is verified through metrics such as Spectral Entropy and C0 complexity. Furthermore, the 3D-HMBM displays a unique phenomenon of infinite coexisting attractors. As initial values vary, the system generates attractors at different positions, suggesting that-in theory-an infinite number of attractors exist. Finally, the simulation results are validated via digital-circuit implementation. Building on this foundation, we propose a multi-image encryption algorithm based on the 3D-HMBM, offering a more secure solution for encrypting large volumes of data. Through statistical testing and cryptographic analysis, we confirm the significant potential of the keystream generated by the 3D-HMBM for cryptographic applications.
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