混沌电路同步与混沌保密通信63张课件

时间反复无常，鼓着翅膀飞逝混沌电路同步与混沌保密通信时间反复无常，鼓着翅膀飞逝混沌电路同步与混沌保密通信1混沌电路同步与混沌保密通信混沌电路同步与混沌保2§1混沌保密通信简介混沌通信简介随着对混沌理论的深入硏究,它在科学和工程技术领域的应用研究也迅速发展起来。混沌信号的应用已渗透到电子工程的每一个重要领域,从而形成了诸如混沌通信、混沌雷达、混沌对抗、混沌控制等研究分支。混沌通信在国际上起源于二十世纪九十年代初期,现已经经历了十多年的时间并已成为目前信息科学界关注和研究的热点之一,在国际上对电路系统中的混沌机理进行系统性的研究始于八十年代初期,在此之前,已从天文、气象、生物、物理和力学等众多领域发现了混沌现象,这些发现为混沌机理的研究提供了大量的事实依据。。混沌作为一种客观存在的现象,从宇宙学、气象学这类宏观尺度系统到人脑神经网络和神经元这样的微观尺度系统,都涉及到混沌。1983年,美国著名的电学专家蔡少棠教授提出了著名的蔡氏电路,此后,对许多学者对蔡氏电路进行了广泛和深入§1混沌保密通信简介3的研究,使人们从电路的角度对混沌机理进行探索,蔡氏电路也成为开辟混沌通信领域的先驱,但在早期,在电子工程中人们研究混沌的目的往往在于避免和消除它,在1990年,美国海军实验室的Pecora和Carrol首次提出用电子线路实现混沌同步即混沌系统的驱动一响应同步法,此后关于混沌同步的研究不断推进,从而使得人们对混沌保密通信的研究进入了高潮。由于混沌信号具有随机性,对初始条件的敏感性、类似噪声和宽带功率谱密度,使得混沌信号很难被破译,即使窃听者知道是混沌信号,如果不知道电路的类型和精确的参数值(这些信息可作为密钥),也无法破译,此外,利用混沌电路实现混沌保密通信,可用简单的电路完成基本的加密功能的同时还使得信号的频谱得以扩展。混沌保密通信比目前广泛应用的m序列保密通信更具有发展的前景。由于混沌是介于周期振荡和噪声的一种复杂振荡,它不具有周期性,更适合于保密通信。所以,混沌通信和加密技术正是适应未来信息战的需要,是一个在21世纪大有发展前景的极富有挑战性的高科技通信领域的研究,使人们从电路的角度对混沌机理进行探索,蔡氏电路4二、保密通信原理保密通信是对预传输的信息采取加密措施后才在信道中传递,而在接收端则对收到的加密消息进行解密,使它恢复到原信息的通信方式,加密的目的是隐藏信息内容,以防窃听者截取。按密码学的术语,将原来可以读懂的文本称为明文,从可懂文本到不可懂文本的变换过程称为加密。从不可懂文本变成原文本的过程称为解密。经加密以后的文本称为密文,将加密解密的算法或规则称为密钥。加密、解密过程可以简单的表示如下图6-1明文加密变换信道解密变换明文密钥图6-1保密通信示意图二、保密通信原理5保密通信可以用数学公式描述为加密过程:Y=Ez(X)解密过程:X=Dz(Y)这里X表示明文,Y表示密文,Z表示为密钥,EZ表示加密变换,Dz表示解密变换,Ez与Dz合称保密变换。保密变换的实质是对信息(字符或数据)记录进行一组可逆的逻辑或数学运算,使得情报对于计算机和人都是不能理解。从上分析中可以看出,密钥在保密通信中起到关键的作用。但实际上这种密钥的长度是有限的,经典的密码学已被研究的很多,人们已经研究岀许多破解密文恢复明文的方法,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保密通信可以用数学公式描述为6三、混沌保密通信需要解决的问题目前,混沌同步理论和保密通信应用性硏究还处于初期阶段混沌序列用于密码、跳频、扩频通信的领域研究也刚刚开始并且还有一些重要的基本问题有待解决。归纳起来,混沌保密通信所存在的主要问题有以下几点(1)系统同步的鲁棒性(Robust)和通信的保密性是一对矛盾,鲁棒性也可被破译方利用,同步鲁棒性的提高必然会使安全性降低,从而影响了系统的保密性。因此,需要综合考虑。2)模拟电路实现的混沌保密通信系统,应用时很难做到收发两端的混沌电路完全匹配。为克服这个缺点,虽然一些文献也提岀一些方法,如利用数字滤波器的拟混沌特性实现数字保密通信,采用非自治的混沌系统实现模拟保密通信等。但这些方面的研究还是比较少,还有待于继续探索解决的方法。三、混沌保密通信需要解决的问题7(3)近几年,随着预测学和电子对抗技术的发展,一些混沌映射通过相空间重构的方法能够精确预测,如果已知几个明文密文对,一些混沌映射也容易被预测。经研究发现,高维超混沌系统的保密性相对于低维混沌系统来说保密性要强一些。因此,如何得到很多不易预测的且易实现的混沌数学模型是混沌技术应用于保密通信领域的难点。(4)现有的混沌序列的研究对于所生成序列的周期、伪周期性、复杂性等不是建立在统计分析上,就是通过实验测试给出的,故难以保证其每个实现序列的周期都足够大,伪随机性足够好,复杂性足够高,因而不能使人放心的用它来加密。(5)目前所采用的混沌制式大多数只是一个正的李雅普诺夫指数的低维混沌系统,这种混沌通信系统的安全度尚不太令人满意,而由于多个李雅普诺夫指数的高维超混沌系统具有更复杂的动力学行为,可以大大提高通信系统的安全度,但是这方面的研究还刚刚开始。(3)近几年,随着预测学和电子对抗技术的发展,一些混沌8(6)目前对混沌通信的研宄,无论在理论上还是在实验上都取得了实质性的进展,已提出的方案就有几十种,目前多数的方案或多或少总存在一些缺点,研究手段局限于计算机仿真,而有关混沌通信硬件实验的研究报道还比较少,通信的质量也不太令人满意。虽然混沌技术应用于保密通信领域还有以上一些问题尚待解决,但是无论怎么说,基于混沌理论的保密技术可能会导致保密通信领域的一场变革(6)目前对混沌通信的研宄,无论在理论上还是在实验上都9§2混沌电路控制、同步与保密通信原理混沌保密通信的特点与发展历程混沌运动从它被发现的开始就受到人们的广泛注意与重视,不仅仅是因为它的理论价值,也因为它的应用价值。混沌控制与同步的实验成功极大地鼓舞了所有的混沌研究者,这就进步加快了混沌研究的步伐,使得混沌控制与同步的研究成为混沌研究中取得重大进展的领域,从而使混沌从理论研究发展到应用研究,这必将产生重大的经济价值。例如,混沌运动蕴藏着巨大的信息量,使得这些混沌系统之间同步与控制可用于保密通信,这一资源带来的效益不可估量。混沌学作为二十世纪三次物理学中最后一次革命,必将像前二次革命一样,给人类带来辉煌的物质和精神文明。保密通信作为混沌学应用的一个重要分支,又身处一个信息时代,必将在人们的生活中,尤其是军事及国家安全和通信对抗中扮演重要的角色。它关系到国防现代化及在未来信息战中一个国家的竞争力,同时它将对今后我国社会和国民经济的发展起到促进作用,它在二十一世纪必将有十分诱人的发展应用前景。§2混沌电路控制、同步与保密通信原理10与现代通信相比,混沌保密通信具有许多新的特点,二者的主要差异点如表6-1所示。表6-1现代通信与混沌通信的主要差异点通常现代通技术工业基础已经成为世界信息技术的心脏在引人注目,成为国际上研究的热点,特别是美国国防部和发达国家给予高度重视发射带宽(BW)既可在信息BW上发射,又可在带宽(BW)上发身理论与技术关系类齐全,体系完整(从信息理论到信息技术发初期,寻求重点发展,已提出一些混沌通从通信软件到电路硬件)信方案,涉及电路、澈光和计算机系统等DES、IDEA、三重DEs、序列密码算法、单向及多混沌同步秘密通信,3、混沌数字编码的异步通向散列函数、SRA、DSA、Fiat-Shamir、Diffic发展的主要技术:混沌遮掩、混沌调制保密性与抗破译能保密性与抗破译虽好,但仍有漏洞,因为再大的混沌具有高度随机性、非周期性、不可预测随机性也有周期性,可破译,或十分费时,代价快速衰减的关联函数和宽带特性,保密性更强量达到很大容量,但有限制用时空混沌更增强鲁棒性,保密性更强低功率和低观察性设备成本呆密系统安全的主1、软件的致命漏洞:2、低效的攻击保护3、糟正在研究,有利于解决这些问题要问题糕的随机数产生;4、没有地方存放秘密;现代计算机并不适合保护小秘密与现代通信相比,混沌保密通信具有许多新的特点,二者的11混沌电路同步与混沌保密通信63张课件12混沌电路同步与混沌保密通信63张课件13混沌电路同步与混沌保密通信63张课件14混沌电路同步与混沌保密通信63张课件15混沌电路同步与混沌保密通信63张课件16混沌电路同步与混沌保密通信63张课件17混沌电路同步与混沌保密通信63张课件18混沌电路同步与混沌保密通信63张课件19混沌电路同步与混沌保密通信63张课件20混沌电路同步与混沌保密通信63张课件21混沌电路同步与混沌保密通信63张课件22混沌电路同步与混沌保密通信63张课件23混沌电路同步与混沌保密通信63张课件24混沌电路同步与混沌保密通信63张课件25混沌电路同步与混沌保密通信63张课件26混沌电路同步与混沌保密通信63张课件27混沌电路同步与混沌保密通信63张课件28混沌电路同步与混沌保密通信63张课件29混沌电路同步与混沌保密通信63张课件30混沌电路同步与混沌保密通信63张课件31混沌电路同步与混沌保密通信63张课件32混沌电路同步与混沌保密通信63张课件33混沌电路同步与混沌保密通信63张课件34混沌电路同步与混沌保密通信63张课件35混沌电路同步与混沌保密通信63张课件36混沌电路同步与混沌保密通信63张课件37混沌电路同步与混沌保密通信63张课件38混沌电路同步与混沌保密通信63张课件39混沌电路同步与混沌保密通信63张课件40混沌电路同步与混沌保密通信63张课件41混沌电路同步与混沌保密通信63张课件42混沌电路同步与混沌保密通信63张课件43混沌电路同步与混沌保密通信63张课件44混沌电路同步与混沌保密通信63张课件45混沌电路同步与混沌保密通信63张课件46混沌电路同步与混沌保密通信63张课件47混沌电路同步与混沌保密通信63张课件48混沌电路同步与混沌保密通信63张课件49混沌电路同步与混沌保密通信63张课件50混沌电路同步与混沌保密通信63张课件51混沌电路同步与混沌保密通信63张课件52混沌电路同步与混沌保密通信63张课件53混沌电路同步与混沌保密通信63张课件54混沌电路同步与混沌保密通信63张课件55混沌电路同步与混沌保密通信63张课件56混沌电路同步与混沌保密通信63张课件57混沌电路同步与混沌保密通信63张课件58混沌电路同步与混沌保密通信63张课件59混沌电路同步