混沌系統(tǒng)同步及其在信息安全中的應(yīng)用

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1、靠蕊犬淫博士研究生畢業(yè)(學(xué)位)論文姓名：年級(jí)：號(hào)業(yè)：研究方向：論文題目：完成日期：導(dǎo)師：高鐵杠二Oo二級(jí)運(yùn)籌學(xué)與控制論智能優(yōu)化理論與應(yīng)用混沌系統(tǒng)同步及其在信息安全中的應(yīng)用二oo五年四月袁著祉教授二oo五年四月南開(kāi)大學(xué)博1一學(xué)位論文摘要自從Lorenz提出“蝴蝶效應(yīng)”以來(lái)，混沌已經(jīng)引起了數(shù)學(xué)，物理學(xué)和工程技術(shù)人員的極大興趣。特別是進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，混沌學(xué)更是與其它科學(xué)相互滲透、相互發(fā)展，無(wú)論是在生物學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、信息科學(xué)，還是在經(jīng)濟(jì)學(xué)、氣象學(xué)，甚至在藝術(shù)學(xué)等領(lǐng)域，混沌都得到了廣泛的應(yīng)用。由于混沌廣泛存在予現(xiàn)實(shí)世界中

2、，而且具有自己獨(dú)特的特性，因此人們?cè)诎l(fā)現(xiàn)混沌的同時(shí)，也在探索抑制和利用混沌的有效方法。之所以要抑制混沌，是因?yàn)橛械南到y(tǒng)因?yàn)榛煦绲拇嬖诙瓜到y(tǒng)變得極不穩(wěn)定，不能滿足人們的實(shí)際需求。因此，各種各樣的控制混沌的方法應(yīng)運(yùn)而生，如狀態(tài)反饋、自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、滑模變結(jié)構(gòu)控制方法等，都在實(shí)際的混沌系統(tǒng)和電子電路等大量的實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。但是，混沌系統(tǒng)由于對(duì)初值的極端敏感和呈現(xiàn)出的類隨機(jī)特性，也使混沌運(yùn)動(dòng)本身成為一種人們追求的目的。例如，人們利用混沌的類隨機(jī)特性進(jìn)行密碼算法的設(shè)計(jì)，利用混沌系統(tǒng)的遍歷性進(jìn)行目標(biāo)的混沌優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用混沌系統(tǒng)的同步進(jìn)行保密通信的研究

3、等，這些前沿研究不僅具有重要的理論價(jià)值，而且具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本論文的研究主要集中在以下三個(gè)方面，其一是混沌的控制和同步研究，其二是混沌在實(shí)際中的應(yīng)用，第三方面，就是混沌的逆控制，即混沌的生成。本文從以上三個(gè)方面，對(duì)混沌系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新如下：1．在混沌系統(tǒng)的控制和同步方面：(1)．對(duì)于一類確定性的混沌系統(tǒng)，提出了基于觀測(cè)器同步方法，浚方法適用于一大類混沌系統(tǒng)，仿真結(jié)果顯示了該方法有效性。(2)．對(duì)于確定性的混沌系統(tǒng)，提出了基于部分變量反饋的混沌系統(tǒng)的控制與同步，由于混沌系統(tǒng)具有自身獨(dú)特的特性，因此，對(duì)于許多混沌系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種控制

4、器是存在的。(3)．對(duì)于不確定性的混沌系統(tǒng)，研究了基于『F交函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混沌系統(tǒng)的同步，正交函數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，收斂速度快，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該控制器的有效性。(4)．對(duì)于確定和不確定混沌系統(tǒng)，提出了混沌系統(tǒng)的一種魯棒有限時(shí)控制器的設(shè)計(jì)方法，由于該控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，收斂到零的時(shí)間可以估計(jì)，因此，陔控制器具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。(5)．研究了參數(shù)完全確定和不確定時(shí)陳系統(tǒng)的同步，通過(guò)～個(gè)單輸入的非線性控制器即可實(shí)現(xiàn)這種同步，和其它有關(guān)的控制器相比，該控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。2．在混沌系統(tǒng)的應(yīng)用方面：(1)．提出了一類混沌系統(tǒng)的混合觀測(cè)器同步，并研究了基于該觀測(cè)器

5、的同步在安全通信中的應(yīng)用，并以Rossler混沌系統(tǒng)為例進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果是可行的。(2)．提出了基于混沌密碼流的IC卡數(shù)據(jù)加密算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。由于混沌系統(tǒng)具有對(duì)初始數(shù)值的極端敏感性，因此利用該特性實(shí)現(xiàn)了對(duì)Ic卡數(shù)據(jù)的加密并成功應(yīng)用到智能儀表中，提高了智能儀表的安全性能。(3)．提出了一種基于混沌數(shù)字流的信息隱藏技術(shù)，由于混沌數(shù)字流信息量大，具備特殊的類隨機(jī)性，因此可以隱藏大容量的信息，給出了一種隱藏算法并進(jìn)行了驗(yàn)證。3．在混沌系統(tǒng)的生成方面，提出了一個(gè)新的超混沌系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)統(tǒng)一混沌系統(tǒng)的狀態(tài)反饋，實(shí)現(xiàn)了一類超混沌系統(tǒng)的生成方法，該超混沌隨著參數(shù)

6、的變化經(jīng)歷了復(fù)雜的狀態(tài)變化，即從超混沌到混沌，最后到周期軌道，仿真和分形分析驗(yàn)證了系統(tǒng)的超混沌特性。關(guān)鍵詞：混沌系統(tǒng)：混沌控制；混沌同步：安全通信；信息隱減；超混沌系統(tǒng)混沌生成南開(kāi)大學(xué)博”．卜學(xué)位論文AbStraCtSinceLorenzproposed’’BuHernyEffjct”，chaoshasamactedthegreatinterestsformathematician，physicaIscientistandengineeringresearcheLEspec訓(xùn)ywhentimchasentered】980s，chechaosstud

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