基于混沌系统相空间运动的保密通信研究

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1、工学博士学位论文基于混沌系统相空间运动的保密通信研究孙广明哈尔滨理工大学２０１８年５月工学博士学位论文基于混沌系统相空间运动的保密通信研究孙广明哈尔滨理工大学2018年05月国内图书分类号：TP391.4工学博士学位论文基于混沌系统相空间运动的保密通信研究博士研究生：孙广明导师：黄金杰申请学位级别：工学博士学科、专业：计算机软件与理论所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2018年5月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TP391.4DissertationfortheDoctorateinEngineeringResearchon

2、securecommunicationbasedonphasespacemotionofchaoticsystemCandidate：SunGuang-mingSupervisor：HuangJin-jieAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：ComputersoftwareandtheoryDateofOralExamination：May，2018University：HarbinUniversityofScienceandTechnology摘要随着非线性动力系统领域研究的深入，各国学者陆续发现新的混沌

3、系统，但对混沌系统族群的演化和形成问题的研究较少。目前，对混沌同步和混沌保密通信系统的研究，集中在有限几个信道的保密通信研究。随着信息系统的日益复杂，物联网、云计算等新兴技术的推广，通信系统的信号通道的越来越多。对于大规模复杂系统的保密通信的研究，已成为计算机、通信和工业自动化领域的重要课题和研究热点之一。目前，大数据、工业互联网等对多元异构数据通信提出了新的要求，分布式、多信道、并行传输等现代通信系统特征的信息安全问题受到关注。本文重点研究了混沌系统在相空间的转动、点对称运动问题，构建了两种混沌系统群的形成与演化的方法。从单信道的保密通信方法的研究出发，基于混沌系统群的统一同

4、步研究，对多信道，复杂通信系统的混沌保密通信问题进行了研究。论文的主要工作如下：针对单信道保密通信问题进行了研究。构造了一个新的三维混沌动力学系统Sun-Huang混沌，并对其动力学特性进行分析。分析了Sun-Huang混沌系统的平衡点，Lyapunov指数、Poincare界面、Kolmogorov熵等混沌特征，建立了Sun-Huang混沌系统在相空间中围绕Z坐标轴以固定角度转动的同步模型，提出一种通过混沌信号切换产生秘钥的保密通信方案。针对分布式、多信道、并行传输等现代通信系统特征的复杂系统保密通信的问题进行了研究。提出了一种由混沌系统的转动运动演化混沌系统群的方法，设计了

5、转动混沌系统群同步控制器使其实现统一同步。提出了适合分布式、多信道、并行传输等特征的复杂通信系统的保密方案，采用差异化混沌子系统对通道信号混叠，以保证每个通道的采用不同的混沌系统进行独立加密，并进行了仿真和验证。针对传感器网络的保密通信问题进行了研究。基于混沌系统的相空间时变角度转动的数学模型，设计了时变同步的控制器，使得时变转动混沌系统群统一同步。在此基础上，提出了一种多传感器网络时变混沌通信方案，进行了仿真验证。针对多信道复杂系统保密通信的问题进行了研究。构建了关于相空间点群对称的混沌系统群的演化模型。设计了点对称混沌系统群反同步控制器使其实现统一反同步，并通过混沌电路形式

6、实现。提出了一种适合多信道系统I的混沌保密方法，采用发送端的每个混沌系统均不相同，具有不依赖单个信道发送端混沌系统结构的特点。关键词保密通信,混沌系统群,混沌同步,相空间运动IIResearchonsecurecommunicationbasedonphasespacemotionofchaoticsystemAbstractWiththedeepresearchinthefieldofnonlineardynamicsystems,newchaoticsystemshavebeendiscoveredbyscholarsinvariouscountries,butfewstu

7、dieshavebeenmadeontheevolutionandformationofchaoticsystems.Atpresent,theresearchonchaoticsynchronizationandchaoticsecurecommunicationsystemisfocusedonthelimitedchannelsecurecommunicationresearch.Withtheincreasingcomplexityofinformationsystems,thepo