超混沌序列的應(yīng)用與性能分析畢業(yè)論文.doc

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1、超混沌序列的應(yīng)用與性能分析畢業(yè)論文目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1課題背景11.2國內(nèi)外研究狀況11.3研究的目的和意義21.4主要研究工作和結(jié)構(gòu)安排2第2章混沌系統(tǒng)及混沌序列的研究32.1混沌的概念與定義32.2混沌的特性52.3混沌和超混沌系統(tǒng)62.4混沌序列72.5本章小結(jié)7第3章超混沌系統(tǒng)及超混沌序列的生成83.1CNN超混沌系統(tǒng)仿真83.2超混沌序列生成113.2.1分位閾值法113.2.2整體閾值法123.2.3跳動閾值法153.2.4四進制法173.2.5區(qū)間采樣法183.3本章小結(jié)19第4章超混沌序列隨機性分析214.1單比

2、特測試214.2撲克測試224.3游程測試244.4長游程測試264.5相關(guān)性檢測27I4.6本章小結(jié)29第5章基于超混沌序列圖像加密的研究305.1超混沌序列圖像加密原理305.2超混沌圖像加密算法設(shè)計315.3基于超混沌序列圖像加密仿真325.4本章小結(jié)33結(jié)論34參考文獻36致謝38附錄139附錄243附錄347附錄455附錄569I第1章緒論第1章緒論1.1課題背景混沌是指發(fā)生在確定性系統(tǒng)中的貌似隨機的不規(guī)則運動,一個確定性理論描述的系統(tǒng),其行為卻表現(xiàn)為不確定性--不可重復(fù)、不可預(yù)測,這就是混沌系統(tǒng)。混沌序列是一種性能優(yōu)良的偽隨機序列,具有良好隨機

3、性、相關(guān)性和復(fù)雜性,對初始條件極端敏感,且來源豐富,生成方法簡單,而且通過映射函數(shù)、生成規(guī)則以及初始條件便能確定一個幾乎無法破譯的加密序列等特點,使得混沌加密受到越來越多的關(guān)注,并廣泛應(yīng)用于保密通信領(lǐng)域[1]。自1989年英國數(shù)學(xué)家Matthews首次提出以Logistics映射作為序列密鑰生成器,將混沌系統(tǒng)用于信息加密以來,具有一個正的Lyapunov指數(shù)的低維混沌系統(tǒng)序列加密已得到廣泛研究應(yīng)用。但低維混沌系統(tǒng)有著如系統(tǒng)的動力特性相對比較簡單、確定序列的參數(shù)少、密鑰簡單、安全性不高等缺陷。近年來的研究表明,低維混沌序列的保密性是不夠的,要達到所要求的密碼

4、強度,一種有效的解決方法是采用兩個或兩個以上的大于零的Lyapunov指數(shù)的超混沌時序?qū)π畔⒓用堋3煦缧蛄惺且环N特殊的混沌系統(tǒng),通常具有兩個或兩個以上正的Lyapunov指數(shù)的混沌系統(tǒng)稱為超混沌系統(tǒng)。正的Lyapunov指數(shù)越多,系統(tǒng)軌道不穩(wěn)定的方向越多,系統(tǒng)的隨機性越強,其抗破譯能力越高。因此,它們更適合于信息加密。1.2國內(nèi)外研究狀況目前,國際上正在探討使用一些非傳統(tǒng)的方法進行信息加密與隱藏,其中混沌理論就是被采納和得到廣泛應(yīng)用的方法之一?;煦缂用苁墙陙砼d起的一個研究課題,基于混沌理論的保密通信、信息加密和信息隱藏技術(shù)的研究已成為國際非線性科學(xué)和信

5、息科學(xué)兩個領(lǐng)域交叉融合的熱門前沿課題之一,也是國際上高科技研究的一個新領(lǐng)域,基于混沌理論的密碼學(xué)近來成為很熱門的科學(xué)[2]。85第1章緒論由于混沌在信息安全中的應(yīng)用都是要利用混沌系統(tǒng)的隨機特性,大都體現(xiàn)在通過量化后的隨機序列的性能上,因此生成隨機序列的隨機性將直接影響到系統(tǒng)的安全性,所以混沌量化是其應(yīng)用的第一步,也是最關(guān)鍵一步。本文從混沌量化算法的原理入手,分析與比較當(dāng)前主要的混沌量化算法,通過相關(guān)檢驗比較各種算法的優(yōu)劣,最后從生成密碼學(xué)安全的偽隨機角度,在對提出算法的分析和測試。1.3研究的目的和意義眾所周知,混沌信號是由確定性方程產(chǎn)生的類似隨機寬頻譜信

6、號,具有優(yōu)良的相關(guān)特性?;煦缧蛄袕?fù)雜、難以長期預(yù)測,其來源豐富,并且只需更改系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)初值即可獲得大量的優(yōu)良序列,因此混沌序列加密受到越來越多的關(guān)注,特別適合在保密通信和信息加密領(lǐng)域中應(yīng)用。1.4主要研究工作和結(jié)構(gòu)安排本文針對超混沌系統(tǒng)四階細胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN進行研究,主要研究了超混沌系統(tǒng)仿真、混沌序列生成、序列隨機性檢測及其在圖像加密中的應(yīng)用等問題。論文具體結(jié)構(gòu)如下:第1章為緒論部分,首先研究了課題背景及混沌學(xué)發(fā)展的概況,之后深刻地描述了混沌研究的目的和意義,最后對論文結(jié)構(gòu)安排進行說明。第2章是對混沌系統(tǒng)及混沌序列的研究,研究了混沌相關(guān)原理、混沌的定義

7、及其特性。然后研究了混沌和超混沌系統(tǒng)理論,舉出簡單的混沌系統(tǒng)模型。最后是混沌序列理論的簡述及其在加密信息中的優(yōu)勢。第3章運用Matlab仿真出了超混沌系統(tǒng)(CNN)相吸引子,并采用了分位閾值法、整體閾值法、跳動閾值法、四進制法、區(qū)間采樣法等五種方法生成超混沌序列。而且對于前三種生成方法,有優(yōu)化環(huán)節(jié),使序列的隨機性更好。第4章實現(xiàn)了對超混沌二值序列隨機性的檢測。檢測方法有單比特測試、撲克測試、游程測試、相關(guān)性檢測、長游程測試,檢測后分別對其測試結(jié)果進行分析比較。第5章仿真超混沌序列對圖像進行加解密過程。采用原圖像生成數(shù)值與超混沌序列進行異或操作,實現(xiàn)了對圖像

8、的加密過程。實驗結(jié)果證明,算法簡單易行,安全性好。85第2章混沌系

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