基于FPGA+双核ARM处理的视频混沌保密通信系统的研究与实现

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1、广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)基于FPGA+双核ARM处理的视频混沌保密通信系统的研究与实现金磊二○一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111504100广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)基于FPGA+双核ARM处理的视频混沌保密通信系统的研究与实现金磊指导教师姓名、职称：禹思敏教授学科(专业)或领域名称：控制科学与工程学生所属学院：自动化学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfort

2、heDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)ResearchandImplementationofVideoChaoticSecureCommunicationSystemBasedonFPGA+DualCoreARMProcessingMasterCandidate:JinLeiSupervisor:Prof.YuSiMinMay2018SchoolofAutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,

3、P.R.China,510006摘要摘要随着互联网通信的快速发展，视频数据的使用越来越广泛，与之而来的传输安全性也越来越受到关注。而传统的加密算法，如AES、RSA、DES等已越来越得不到现代社会发展的要求。由于混沌系统具有对初始条件的遍历性、敏感性、伪随机性、不可预测性等特点，因此非常适合应用于密码学，在加密方面很有应用前景，在安全性和复杂度等方面也都有突出的表现。虽然混沌保密通信算法日趋成熟，然而，其硬件实现技术却相对滞后。目前混沌保密通信的硬件实现平台包括ARM、DSP、SOC、FPGA、手机等移动终端，然而，真

4、正实现一套功能完整、实时性强、具备以太网通信的实时视频混沌保密通信系统鲜见报道。本文基于SOC软硬件协同设计和IP核的快速集成方法，采用双核双线程的数据通信方式，充分结合ARM开发周期短和FPGA处理速度快的优势，创新提出一种FPGA+双核ARM处理的视频混沌保密通信系统的设计方案并给出其在SOC开发平台上的实现结果。论文的主要研究内容如下：1.设计了一个三维无简并离散时间超混沌系统及其相应的混沌保密算法。深入分析了其加密的安全性，并将这种加密算法应用在视频加密中，针对视频的特有格式设计了一个基于混沌加密算法的有效、可

5、靠方案。2.讨论分析了SOC平台FPGA+双核ARM架构的合理性。对SOC设计技术进行了概述，给出了SOC平台的硬件结构和软件组成，分析了平台的工作原理，程序加载方式。在理清双核之间的通信机制和运行原理基础上，重点探究了基于Vivado的硬件设计和基于SDK的软件设计；同时也探讨了当中涉及的网络传输原理。3.实现了SOC平台上采用FPGA+双核ARM的处理模式下，视频混沌保密的实时通信。在发送端,FPGA部分实现视频采集和显示，双核ARM中则实现视频的加密和发送；在接收端，双核ARM主要实现视频的接收和解密，而FPGA

6、则部分实现解密视频显示。综合实现了所设计的通信系统只有在密钥匹配条件下才可正确解密的安全效果。4.开展相关实验测试，并对当中的实验结果进行讨论与分析。在以上的基础上，完成实际SOC平台ZC702开发板上的具体实验。根据实验结果对加密的安全性和通信效率做了讨论分析，以证明设计的通信系统具有良好的安全性和实时性，为混沌保密通I广东工业大学硕士学位论文信的应用提供新方向。关键词：视频混沌保密通信；SOC；FPGA；双核ARM；网络传输；IIABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofIn

7、ternetcommunications,videodataismorewidelyused.Atthesometime,transmissionsecurityofvideodatahasalsoattractedalotofattention.Thetraditionalencryptionalgorithms,suchasAES,RSAandDES,havenotbeenabletomeettherequirementsofmodernsocialdevelopment.Thecharacteristicsofc

8、haoticsystem,suchasergodicity,sensibilitytotheinitialvalue,pseudorandomandinscrutability，makeitbeappliedinthecryptographyresearch.Ithasaverypromisingapplicationinencr