基于時(shí)空混沌序列的保密通信方法.研究

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1、南京郵電學(xué)院碩士論文胃U面混沌是非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中的一種由確定性系統(tǒng)產(chǎn)生的偽隨機(jī)行為?；煦缧盘?hào)具有互不相關(guān)、有界、對(duì)初值極端敏感等特點(diǎn)。混沌系統(tǒng)對(duì)初值的極端敏感性、類似噪聲的寬頻譜特性和沖激式的自相關(guān)特性，正適合保密通信和擴(kuò)頻通信等。目前，將低維混沌應(yīng)用于保密通信中已經(jīng)取得非常多的成果。但是，低維混沌保密通信也暴露出很多弱點(diǎn)，如容易被攻擊等。目前，已經(jīng)有一些攻擊的方法可以破解低維混沌加密的密文，如相空間重構(gòu)，誤差最小(EFA)或自適應(yīng)同步控制等方法可以構(gòu)建出同步的混沌信號(hào)，達(dá)到破解的目的。由于高維混沌信號(hào)(如超混沌信號(hào))具有更高的隨機(jī)性，由此設(shè)計(jì)的保密通信系統(tǒng)可期望

2、獲得更高的保密性，因此，研究高維混沌保密通信方法已成為新的研究熱點(diǎn)。時(shí)空混沌在時(shí)間方向和空間方向上都具有混沌行為。它不僅具有初始條件敏感性，而且具有邊界條件敏感性。特別是耦合映象格子模型提出后，可以很方便使用計(jì)算機(jī)構(gòu)建時(shí)空混沌序列，使得時(shí)空混沌應(yīng)用于保密通信更加便利。本文研究了時(shí)空混沌序列的偽隨機(jī)特性及密碼學(xué)的基本概念，同時(shí)，研究了時(shí)空混沌同步的方案，提出將時(shí)空混沌序列應(yīng)用于多媒體保密通信的解決方案。全文具體安排如下：第一章，首先介紹時(shí)空混沌的定義、性質(zhì)和常見的幾種時(shí)空混淹系統(tǒng)的描述，其次簡(jiǎn)要介紹時(shí)空混沌控制與同步。第二章，首先介紹了密碼學(xué)的基本概念，然后，介紹了混

3、沌密碼學(xué)和混沌保密通信的發(fā)展現(xiàn)狀。分析時(shí)空混沌序列的隨機(jī)特性，提出了基于時(shí)空混沌序列的時(shí)空混沌序列密碼加密方案。第三章，首先介紹了各種時(shí)空混沌同步方法并進(jìn)行分析和比較，重點(diǎn)探討了在實(shí)際通信中，時(shí)空混沌同步的影響因素及其解決方法。隨后，提出了適合保密通信的時(shí)空混沌同步方案。第四章，提出基于時(shí)空混沌序列及同步技術(shù)的多媒體保密通信框架，并給出了語音、圖像時(shí)空混沌序列保密通信的軟件實(shí)現(xiàn)。結(jié)束語，對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)和展望。南京郵電學(xué)院碩士論文第一章時(shí)空混沌、時(shí)空混沌控制及同步簡(jiǎn)介混沌是確定性系統(tǒng)由于內(nèi)在隨機(jī)性而產(chǎn)生的一種外在復(fù)雜、貌似無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。它是非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中的一種確定

4、性的偽隨機(jī)行為【1’2】。混沌系統(tǒng)對(duì)初值極端敏感，同時(shí)具有無周期、非相關(guān)、有界的特點(diǎn)。目前，對(duì)于低維混沌的描述【3】、控制M1與同步陋，71和應(yīng)用方面∽】已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，研究成果很多，形成了較為系統(tǒng)的理論與方法體系。隨著研究的進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用的需要，出現(xiàn)了兩個(gè)基本的、帶挑戰(zhàn)性的前沿課題，一個(gè)是高維非線性系統(tǒng)中超混沌的控制與同步及其應(yīng)用【”m】，一個(gè)是有時(shí)空結(jié)構(gòu)的非線性系統(tǒng)中時(shí)空混沌的控制與同步及其應(yīng)用【”，13”1。本文將研究時(shí)空混沌的控制、同步及其在通信中的應(yīng)用。因?yàn)闀r(shí)空混沌可以很容易離散化，所以它在現(xiàn)代數(shù)字通訊領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。1．1時(shí)空混沌的基本特性通

5、常，非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的混沌大體上有時(shí)間混沌、空間混沌、時(shí)空混沌、功能混沌四種類型。時(shí)間混沌一般只有一個(gè)李雅普諾夫(Lyapunov)指數(shù)大于0，屬于低維混沌系統(tǒng)。而后三類混沌系統(tǒng)大都屬于多個(gè)李雅普諾夫(Lyapunov)指數(shù)大于O的高維混沌。低維混沌基本特征還有：對(duì)初始條件極端敏感、奇異吸引子、連續(xù)的功率譜等。時(shí)空混沌是一種時(shí)間離散、空間離散、狀態(tài)連續(xù)的無窮維動(dòng)力系統(tǒng)，它具有連貫的生成方式、天然的多址性，以及比低維混沌更高的復(fù)雜度，這些特性使其在通信和保密通信中具有潛在的應(yīng)用前景，具體講，時(shí)空混沌有如下特征。1．時(shí)空混沌是高維的，運(yùn)行軌跡遍布時(shí)間和空間。其系統(tǒng)行為不

6、僅在時(shí)間方向上具有混沌行為，而且在系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展以后，其空間方向上也具有混沌行為【151。2．初始條件和邊界條件共同決定系統(tǒng)軌跡。它不僅在時(shí)間維具有初始條件敏感性，而且在空間維具有邊界條件敏感性。時(shí)空混沌系統(tǒng)具有更優(yōu)異的敏感性。南京郵電學(xué)院碩士論文1．2幾種常見的時(shí)空混沌系統(tǒng)時(shí)空混沌系統(tǒng)可由耦合普通微分方程(coDEs)、偏微分方程(PDEs)、細(xì)胞自動(dòng)機(jī)(cA)、耦合映象格子(cML)【161來描述。用coDEs模型描述時(shí)空混沌系統(tǒng)，考慮1個(gè)耦合Lorenz系統(tǒng)，方程式如下f文。=d’(y：一x，)+D(x，+】一2x，+x，一I){y-2肛z一，z—x，2t(1

7、一1)12：=x，y，一k，其中，j=1，2，?，N，其他參數(shù)分別為：盯=10，，=23，6=l和D=6。模型(卜1)在上面的參數(shù)條件下，用周期邊界條件x。=x。和h，。=x。，表現(xiàn)出時(shí)空混沌行為。另外，可以用偏微分方程來描述時(shí)空混沌系統(tǒng)的發(fā)展行為。比如反應(yīng)擴(kuò)散方程粵=，(z1)+DV2“(1—2)af對(duì)上式，可將其分解為局部反應(yīng)過程和擴(kuò)散過程兩個(gè)分量。最后得到一個(gè)耦合映象格子模型。由于耦合映象格子模型數(shù)值實(shí)驗(yàn)的高效率，可直接利用己知混沌理論結(jié)果，在時(shí)空混沌的研究中應(yīng)用非常廣泛。耦合映象格子模型為x。。(f)=(1一占)，(x。(f))+妻s驢【z。(f～1)】