混沌保密通信系统的研究

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1、南京航空航天大学博士学位论文摘要信息安全是信息时代的一个重要问题。尽管传统的保密方法傈护信息安全行之有效，但是随着计算机技术的发展，加密系统被破译的情况时有发生。这种情况下，迫切需要一个新的保密机制，新的保密途径确保信息安全。混沌系统的特性决定了它能够承担这一重任，混沌保密通信成为近年来信息安全领域研究的热点之一。本文重点研究了混沌保密通信的关键技术问题，主要成果如下：1基于回馈递推(Backstepping)方法，研究了受到外界扰动的不确定性混沌系统的同步，提出了能够抵抗重构吸引子攻击和回归映射攻击的保密通信系统。以统一混沌系统为例，得到

2、了统一混沌系统同步的充分条件，提出了基于回馈递推方法同步的混沌掩盖与混沌调制相结合的保密通信系统：以统一混沌系统为例，研究了基于回馈递推方法的广义同步问题，提出了基于回馈递推方法广义同步的混沌掩盖与混沌调制相结合的保密通信系统；提出了以统一混沌系统为神经元的细胞神经网络，并且研究了基于回馈递推方法的完全同步和广义同步问题，得到了细胞神经网络混沌系统同步的充分条件，并且将细胞神经网络混沌系统同步用于设计保密通信系统，提出了一种安全性高、实时性好和具有并行处理能力的保密通信系统。2．研究了基于观测器的混沌保密通信系统的安全性问题，提出了能够抵抗

3、基于参数辨识的自适应同步攻击和选择密文攻击的混沌保密通信系统。研究了这种保密通信系统在具有鲁棒性的前提下，增强保密通信系统对参数变化的敏感性的方法以及提高混沌序列对参数变化敏感性的方法，得到了安全性高、实时性好的混沌保密通信系统。3．研究了具有结构不确定性和带有外界扰动的模糊混沌系统在保密通信中的应用。在不需要混沌系统的非线性项和不确定项Lipschitz连续的情况下，得到了受到外界扰动的具有不确定性的模糊混沌系统同步的充分条件，并且结合传统密码编码学，设计了鲁棒性强、保密性高和实时性好的通信系统。4研究了不确定时滞混沌系统的时延同步问题，

4、得到了刊滞混沌系统时延同步的充分条件，并且基于时延同步提出了包含单级时滞混沌和多级时滞混沌系统的保密通信系统。这种保密通信系统能抵抗重构吸引子攻击和基于参数辨识的优化策略攻击。5研究了基于混沌广义同步的保密通信系统。利用脉冲微分方程理论，得到混沌广义同步的充分条件。提出了基于广义同步的保密通信系统结构，密文信号在一个周期里包含同步脉冲、驱动混沌系统的状态信号和响应混沌系统的状态信号，使得重构吸引子、自适应辨识、优化参数辨识等攻击方法失效，从而增强了系统的安全性。同时，由于控制方法的鲁棒性和实时性，使得保密通信系统具有鲁棒性高、实时性好的特点

5、。混沌保密通信系统的研究6．研究了混沌密码学，提出了一种基于混沌映射的图像加密／解密算法。利用标准混沌映射构造受密钥控制的置换操作，这种置换操作具有强耦合的非线性结构，与传统密码学的Feistel网络结构相似，但是效率是Feistel网络的二倍。利用混沌密码序列和整数可逆矩阵设计了灰度替代操作，使得密文对明文变化充分敏感。整个算法包含置换和替代操作，具有传统密码学的SPN结构，可以抵御统计分析攻击。理论分析和数值仿真都表明该算法能够有效地加密／解密图像。而且该算法符合模块化设计准则，便于实际应用。最后分析了当前混沌保密通信系统存在的问题，指

6、出了进一步的研究方向。关键词：信息安全，混沌保密通信，混沌同步，观测器，回馈递推方法，细胞神经网络，时延同步，混沌密码学南京航空航天大学博士学位论文AbstractInformationsecurityisanimportantproblemininformationtimes．Wi也thedevelopmentofcomputertechnology,encryptedsystemsarecrackedfromtimetotimealthoughclassicalcryptogaphyiseffecttoprotectinformatio

7、nsafety．Nowitisurgenttocreateanewencryptionmechanismoranewwaytoguaranteeinformationsafety．Chaoticsystemsareabletobeassnmethisimportanttaskduetoitsnatural．Recentlychaoticsecurecommunicationisoneofhottopicsinthefieldofinformationsecurity．Inthisdissertation，severalkeyissuesin

8、chaoticsecurecommunicationareresearchedandsomechaos．basedcommunicationschemesareproposeda