一种混沌调制保密通信电路仿真分析

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1、兰州大学硕士学位论文保密通信是对将要传输的信息进行处理——加密，加密的目的是掩盖信息内容，使其在信道传递过程中不易被截获，或者即使被不良用心者发现也因不知道密钥而无法破译，之后在接收端对收到的加密信息进行解密，并使它恢复到原信息。按密码学的术语，将原信息文本称为明文，从明文到密文的变换过程称为加密。从密文变成明文的过程称为解密，将加密、解密的算法或特定的参数称为密钥。加密、解密的过程可以简单的表示如图1-1示。密文’塞文，图l·1传统的保密方法因为密钥的长度限制问题而很容易被破解，所以如何使密钥既简单又不易被破解就成

2、为当今保密通信中急待解决的问题。研究新一代的保密技术势在必行，混沌保密通信由于具有优良的保密性能而应运而生。混沌保密通信与传统加密方法相比具有许多优点：一是适用范围广，具有宽带特性；’二是保密性强，利用混沌信号对初始条件的敏感依赖性，可增强抗破译、抗干扰(鲁棒性)能力；三是动态存贮能力具有的容量非常高；四是设备简单，成本低等；因此，混沌保密通信技术正在发展为高新技术的一个新领域。到目前为止，已经提出和发展了同步混沌通信的三大保密技术：混沌遮掩、混沌开关和混沌调制技术。这三项也是目前在混沌保密通信研究中竞争最为激烈因而

3、发展迅速的新技术。不过，近年来也提出了很多新的技术，这些技术的发展进一步推进了混沌在保密通信方面的应用。1．2选题意义通信技术被誉为各国经济和军事的生命线，而保密技术则是通信中的核心技术之一。当今时代人们的生活与网络、信息已经密不可分，信息技术的先进程度将成为未来各国、各个集团展开竞争的主要战场，任何通信技术与保密技术的新发现及其高科技的进展都必然引起世界各国的关注和重视。在非线性电路系统中，混沌信号由于具有内在的随机行为，它的类噪声、非4兰州大学硕士学位论文周期、参数及初始条件的确定性等特性是很适合于保密通信系统的

4、。研究结果表明，把混沌引入通信系统为通信技术的改进提供了许多机遇，特别是混沌同步的发现，使得以混沌理论为基础的混沌保密通信步入了实际应用的研究阶段【l31。在混沌同步与控制的应用性研究中，电路中的混沌同步与控制尤其引人注目。目前，基于蔡氏电路的混沌保密通信研究也有很多，但是由于蔡氏电路中物理电感的制作精度直接影响着电路的鲁棒性，使得该电路在实验电路板实验时效果很不理想。本文主要通过用有源电感替代物理电感对原有的蔡氏电路进行改进，改进后的蔡氏混沌电路实现了信号的有效传输和接收，并在一定程度上解决了保密性与鲁棒性的矛盾问

5、题。1．3论文的主要研究内容及创新点1．3．1论文的主要研究内容本文主要从以下方面开展工作。(1)研究分析了混沌的原理和基本特性，介绍了混沌同步和混沌保密通信原理。(2)对蔡氏电路以及电路模型进行了详细讨论，并深入研究了蔡氏电路的混沌同步特性，为建立混沌保密通信系统奠定了基础。(3)深入探讨了利用有源电感替代无源电感的必要性和可行性，并把有源电感蔡氏电路应用于混沌调制保密通信中，给出了该电路用于混沌调制保密通信的仿真结果。(4)对改进后的单向保密通信电路进行了同步仿真实验和不同步仿真实验，通过实验验证了该电路的可行性

6、，并从理论上提出了实现同步的限定条件。1．3．2论文主要的创新点本论文主要创新点有：(1)运用混沌调制加密方法，采用了蔡氏电路的混沌同步作为混沌加密电路，提高了混沌调制载波的复杂度，同时又提高了混沌调制后的信息安全。(2)鉴于物理电感的难制作、不能连续可调、易受环境温度等条件影响的特性，为了增加混沌电路的稳定性和可实现性，本文主要研究，利用有源电感代替无源电感后，混沌调制保密通信电路的设计和实现。S兰州大学硕士学位论文值得一提的是，文献屡见有关有源电感替代无源电感的可行性分析【141，也有不少基于蔡氏电路的混沌保密通

7、信研究，但并未见到基于有源电感蔡氏电路的混沌保密通信研究，这也是本文的一个创新点。6兰州大学硕士学位论文第二章有源电感蔡氏电路研究2．1蔡氏电路简介1983年，美国贝克莱(Berkeley)大学的华裔教授蔡少棠发明了蔡氏电路(Chua’sCircuit)，蔡氏电路因其代表性和简洁性而成为研究非线性混沌电路中的典范。蔡氏电路是一个三维自治振荡系统【151，由四个线性元件(电阻R、电感L、电容Cl、C2)和非线性电阻NR(蔡氏二极管)组成。蔡氏电路可由以下状态方程描述：等=罟№蛳～C]--=．f(Vet，警=去屯+罢㈣删

8、堕：一三vc：dtL(2．1)图2．1蔡氏电路的电路结构图2．1所示的蔡氏电路是至今所知为数不多的混沌实际物理系统之一，并且在数学理论和实验科学上得到了严格证明。公式中Vcl和№分别是元件C卜C2两端的电压，iL是通过电感的电流，G是可调阻抗器的电导，G=I／RN是等效非线性电阻的电导。上述三个方程是一个等式右端不显含时间的常微分方程组，系统状