基于时空混沌序列的保密通信方法.研究

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1、南京邮电学院硕士论文胃U面混沌是非线性动力学系统中的一种由确定性系统产生的伪随机行为。混沌信号具有互不相关、有界、对初值极端敏感等特点。混沌系统对初值的极端敏感性、类似噪声的宽频谱特性和冲激式的自相关特性，正适合保密通信和扩频通信等。目前，将低维混沌应用于保密通信中已经取得非常多的成果。但是，低维混沌保密通信也暴露出很多弱点，如容易被攻击等。目前，已经有一些攻击的方法可以破解低维混沌加密的密文，如相空间重构，误差最小(EFA)或自适应同步控制等方法可以构建出同步的混沌信号，达到破解的目的。由于高维混沌信号(如超混沌信号)具有更高的随机性，由此设计的保密通信系统可期望

2、获得更高的保密性，因此，研究高维混沌保密通信方法已成为新的研究热点。时空混沌在时间方向和空间方向上都具有混沌行为。它不仅具有初始条件敏感性，而且具有边界条件敏感性。特别是耦合映象格子模型提出后，可以很方便使用计算机构建时空混沌序列，使得时空混沌应用于保密通信更加便利。本文研究了时空混沌序列的伪随机特性及密码学的基本概念，同时，研究了时空混沌同步的方案，提出将时空混沌序列应用于多媒体保密通信的解决方案。全文具体安排如下：第一章，首先介绍时空混沌的定义、性质和常见的几种时空混淹系统的描述，其次简要介绍时空混沌控制与同步。第二章，首先介绍了密码学的基本概念，然后，介绍了混

3、沌密码学和混沌保密通信的发展现状。分析时空混沌序列的随机特性，提出了基于时空混沌序列的时空混沌序列密码加密方案。第三章，首先介绍了各种时空混沌同步方法并进行分析和比较，重点探讨了在实际通信中，时空混沌同步的影响因素及其解决方法。随后，提出了适合保密通信的时空混沌同步方案。第四章，提出基于时空混沌序列及同步技术的多媒体保密通信框架，并给出了语音、图像时空混沌序列保密通信的软件实现。结束语，对全文进行总结和展望。南京邮电学院硕士论文第一章时空混沌、时空混沌控制及同步简介混沌是确定性系统由于内在随机性而产生的一种外在复杂、貌似无规则的运动。它是非线性动力学系统中的一种确定

4、性的伪随机行为【1’2】。混沌系统对初值极端敏感，同时具有无周期、非相关、有界的特点。目前，对于低维混沌的描述【3】、控制M1与同步陋，71和应用方面∽】已经取得了很大的进展，研究成果很多，形成了较为系统的理论与方法体系。随着研究的进展和实际应用的需要，出现了两个基本的、带挑战性的前沿课题，一个是高维非线性系统中超混沌的控制与同步及其应用【”m】，一个是有时空结构的非线性系统中时空混沌的控制与同步及其应用【”，13”1。本文将研究时空混沌的控制、同步及其在通信中的应用。因为时空混沌可以很容易离散化，所以它在现代数字通讯领域有广阔的应用前景。1．1时空混沌的基本特性通

5、常，非线性动力学系统的混沌大体上有时间混沌、空间混沌、时空混沌、功能混沌四种类型。时间混沌一般只有一个李雅普诺夫(Lyapunov)指数大于0，属于低维混沌系统。而后三类混沌系统大都属于多个李雅普诺夫(Lyapunov)指数大于O的高维混沌。低维混沌基本特征还有：对初始条件极端敏感、奇异吸引子、连续的功率谱等。时空混沌是一种时间离散、空间离散、状态连续的无穷维动力系统，它具有连贯的生成方式、天然的多址性，以及比低维混沌更高的复杂度，这些特性使其在通信和保密通信中具有潜在的应用前景，具体讲，时空混沌有如下特征。1．时空混沌是高维的，运行轨迹遍布时间和空间。其系统行为不

6、仅在时间方向上具有混沌行为，而且在系统长时间发展以后，其空间方向上也具有混沌行为【151。2．初始条件和边界条件共同决定系统轨迹。它不仅在时间维具有初始条件敏感性，而且在空间维具有边界条件敏感性。时空混沌系统具有更优异的敏感性。南京邮电学院硕士论文1．2几种常见的时空混沌系统时空混沌系统可由耦合普通微分方程(coDEs)、偏微分方程(PDEs)、细胞自动机(cA)、耦合映象格子(cML)【161来描述。用coDEs模型描述时空混沌系统，考虑1个耦合Lorenz系统，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，其他参数分别为：盯=10，，=23，6=l和D=6。模型(卜1)在上面的参数条件下，用周期边界条件x。=x。和h，。=x。，表现出时空混沌行为。另外，可以用偏微分方程来描述时空混沌系统的发展行为。比如反应扩散方程粤=，(z1)+DV2“(1—2)af对上式，可将其分解为局部反应过程和扩散过程两个分量。最后得到一个耦合映象格子模型。由于耦合映象格子模型数值实验的高效率，可直接利用己知混沌理论结果，在时空混沌的研究中应用非常广泛。耦合映象格子模型为x。。(f)=(1一占)，(x。(f))+妻s驴【z。(f～1)】