混沌電路同步與混沌保密通信63張課件

時間反復(fù)無常，鼓著翅膀飛逝混沌電路同步與混沌保密通信時間反復(fù)無常，鼓著翅膀飛逝混沌電路同步與混沌保密通信1混沌電路同步與混沌保密通信混沌電路同步與混沌保2§1混沌保密通信簡介混沌通信簡介隨著對混沌理論的深入硏究,它在科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究也迅速發(fā)展起來。混沌信號的應(yīng)用已滲透到電子工程的每一個重要領(lǐng)域,從而形成了諸如混沌通信、混沌雷達、混沌對抗、混沌控制等研究分支?；煦缤ㄐ旁趪H上起源于二十世紀(jì)九十年代初期,現(xiàn)已經(jīng)經(jīng)歷了十多年的時間并已成為目前信息科學(xué)界關(guān)注和研究的熱點之一,在國際上對電路系統(tǒng)中的混沌機理進行系統(tǒng)性的研究始于八十年代初期,在此之前,已從天文、氣象、生物、物理和力學(xué)等眾多領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了混沌現(xiàn)象,這些發(fā)現(xiàn)為混沌機理的研究提供了大量的事實依據(jù)。。混沌作為一種客觀存在的現(xiàn)象,從宇宙學(xué)、氣象學(xué)這類宏觀尺度系統(tǒng)到人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)元這樣的微觀尺度系統(tǒng),都涉及到混沌。1983年,美國著名的電學(xué)專家蔡少棠教授提出了著名的蔡氏電路,此后,對許多學(xué)者對蔡氏電路進行了廣泛和深入§1混沌保密通信簡介3的研究,使人們從電路的角度對混沌機理進行探索,蔡氏電路也成為開辟混沌通信領(lǐng)域的先驅(qū),但在早期,在電子工程中人們研究混沌的目的往往在于避免和消除它,在1990年,美國海軍實驗室的Pecora和Carrol首次提出用電子線路實現(xiàn)混沌同步即混沌系統(tǒng)的驅(qū)動一響應(yīng)同步法,此后關(guān)于混沌同步的研究不斷推進,從而使得人們對混沌保密通信的研究進入了高潮。由于混沌信號具有隨機性,對初始條件的敏感性、類似噪聲和寬帶功率譜密度,使得混沌信號很難被破譯,即使竊聽者知道是混沌信號,如果不知道電路的類型和精確的參數(shù)值(這些信息可作為密鑰),也無法破譯,此外,利用混沌電路實現(xiàn)混沌保密通信,可用簡單的電路完成基本的加密功能的同時還使得信號的頻譜得以擴展。混沌保密通信比目前廣泛應(yīng)用的m序列保密通信更具有發(fā)展的前景。由于混沌是介于周期振蕩和噪聲的一種復(fù)雜振蕩,它不具有周期性,更適合于保密通信。所以,混沌通信和加密技術(shù)正是適應(yīng)未來信息戰(zhàn)的需要,是一個在21世紀(jì)大有發(fā)展前景的極富有挑戰(zhàn)性的高科技通信領(lǐng)域的研究,使人們從電路的角度對混沌機理進行探索,蔡氏電路4二、保密通信原理保密通信是對預(yù)傳輸?shù)男畔⒉扇〖用艽胧┖蟛旁谛诺乐袀鬟f,而在接收端則對收到的加密消息進行解密,使它恢復(fù)到原信息的通信方式,加密的目的是隱藏信息內(nèi)容,以防竊聽者截取。按密碼學(xué)的術(shù)語,將原來可以讀懂的文本稱為明文,從可懂文本到不可懂文本的變換過程稱為加密。從不可懂文本變成原文本的過程稱為解密。經(jīng)加密以后的文本稱為密文,將加密解密的算法或規(guī)則稱為密鑰。加密、解密過程可以簡單的表示如下圖6-1明文加密變換信道解密變換明文密鑰圖6-1保密通信示意圖二、保密通信原理5保密通信可以用數(shù)學(xué)公式描述為加密過程:Y=Ez(X)解密過程:X=Dz(Y)這里X表示明文,Y表示密文,Z表示為密鑰,EZ表示加密變換,Dz表示解密變換,Ez與Dz合稱保密變換。保密變換的實質(zhì)是對信息(字符或數(shù)據(jù))記錄進行一組可逆的邏輯或數(shù)學(xué)運算,使得情報對于計算機和人都是不能理解。從上分析中可以看出,密鑰在保密通信中起到關(guān)鍵的作用。但實際上這種密鑰的長度是有限的,經(jīng)典的密碼學(xué)已被研究的很多,人們已經(jīng)研究岀許多破解密文恢復(fù)明文的方法,研究新一代的保密技術(shù)勢在必行,混沌保密通信由于具有優(yōu)良的保密性能而應(yīng)運而生保密通信可以用數(shù)學(xué)公式描述為6三、混沌保密通信需要解決的問題目前,混沌同步理論和保密通信應(yīng)用性硏究還處于初期階段混沌序列用于密碼、跳頻、擴頻通信的領(lǐng)域研究也剛剛開始并且還有一些重要的基本問題有待解決。歸納起來,混沌保密通信所存在的主要問題有以下幾點(1)系統(tǒng)同步的魯棒性(Robust)和通信的保密性是一對矛盾,魯棒性也可被破譯方利用,同步魯棒性的提高必然會使安全性降低,從而影響了系統(tǒng)的保密性。因此,需要綜合考慮。2)模擬電路實現(xiàn)的混沌保密通信系統(tǒng),應(yīng)用時很難做到收發(fā)兩端的混沌電路完全匹配。為克服這個缺點,雖然一些文獻也提岀一些方法,如利用數(shù)字濾波器的擬混沌特性實現(xiàn)數(shù)字保密通信,采用非自治的混沌系統(tǒng)實現(xiàn)模擬保密通信等。但這些方面的研究還是比較少,還有待于繼續(xù)探索解決的方法。三、混沌保密通信需要解決的問題7(3)近幾年,隨著預(yù)測學(xué)和電子對抗技術(shù)的發(fā)展,一些混沌映射通過相空間重構(gòu)的方法能夠精確預(yù)測,如果已知幾個明文密文對,一些混沌映射也容易被預(yù)測。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),高維超混沌系統(tǒng)的保密性相對于低維混沌系統(tǒng)來說保密性要強一些。因此,如何得到很多不易預(yù)測的且易實現(xiàn)的混沌數(shù)學(xué)模型是混沌技術(shù)應(yīng)用于保密通信領(lǐng)域的難點。(4)現(xiàn)有的混沌序列的研究對于所生成序列的周期、偽周期性、復(fù)雜性等不是建立在統(tǒng)計分析上,就是通過實驗測試給出的,故難以保證其每個實現(xiàn)序列的周期都足夠大,偽隨機性足夠好,復(fù)雜性足夠高,因而不能使人放心的用它來加密。(5)目前所采用的混沌制式大多數(shù)只是一個正的李雅普諾夫指數(shù)的低維混沌系統(tǒng),這種混沌通信系統(tǒng)的安全度尚不太令人滿意,而由于多個李雅普諾夫指數(shù)的高維超混沌系統(tǒng)具有更復(fù)雜的動力學(xué)行為,可以大大提高通信系統(tǒng)的安全度,但是這方面的研究還剛剛開始。(3)近幾年,隨著預(yù)測學(xué)和電子對抗技術(shù)的發(fā)展,一些混沌8(6)目前對混沌通信的研宄,無論在理論上還是在實驗上都取得了實質(zhì)性的進展,已提出的方案就有幾十種,目前多數(shù)的方案或多或少總存在一些缺點,研究手段局限于計算機仿真,而有關(guān)混沌通信硬件實驗的研究報道還比較少,通信的質(zhì)量也不太令人滿意。雖然混沌技術(shù)應(yīng)用于保密通信領(lǐng)域還有以上一些問題尚待解決,但是無論怎么說,基于混沌理論的保密技術(shù)可能會導(dǎo)致保密通信領(lǐng)域的一場變革(6)目前對混沌通信的研宄,無論在理論上還是在實驗上都9§2混沌電路控制、同步與保密通信原理混沌保密通信的特點與發(fā)展歷程混沌運動從它被發(fā)現(xiàn)的開始就受到人們的廣泛注意與重視,不僅僅是因為它的理論價值,也因為它的應(yīng)用價值?；煦缈刂婆c同步的實驗成功極大地鼓舞了所有的混沌研究者,這就進步加快了混沌研究的步伐,使得混沌控制與同步的研究成為混沌研究中取得重大進展的領(lǐng)域,從而使混沌從理論研究發(fā)展到應(yīng)用研究,這必將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟價值。例如,混沌運動蘊藏著巨大的信息量,使得這些混沌系統(tǒng)之間同步與控制可用于保密通信,這一資源帶來的效益不可估量。混沌學(xué)作為二十世紀(jì)三次物理學(xué)中最后一次革命,必將像前二次革命一樣,給人類帶來輝煌的物質(zhì)和精神文明。保密通信作為混沌學(xué)應(yīng)用的一個重要分支,又身處一個信息時代,必將在人們的生活中,尤其是軍事及國家安全和通信對抗中扮演重要的角色。它關(guān)系到國防現(xiàn)代化及在未來信息戰(zhàn)中一個國家的競爭力,同時它將對今后我國社會和國民經(jīng)濟的發(fā)展起到促進作用,它在二十一世紀(jì)必將有十分誘人的發(fā)展應(yīng)用前景?！?混沌電路控制、同步與保密通信原理10與現(xiàn)代通信相比,混沌保密通信具有許多新的特點,二者的主要差異點如表6-1所示。表6-1現(xiàn)代通信與混沌通信的主要差異點通常現(xiàn)代通技術(shù)工業(yè)基礎(chǔ)已經(jīng)成為世界信息技術(shù)的心臟在引人注目,成為國際上研究的熱點,特別是美國國防部和發(fā)達國家給予高度重視發(fā)射帶寬(BW)既可在信息BW上發(fā)射,又可在帶寬(BW)上發(fā)身理論與技術(shù)關(guān)系類齊全,體系完整(從信息理論到信息技術(shù)發(fā)初期,尋求重點發(fā)展,已提出一些混沌通從通信軟件到電路硬件)信方案,涉及電路、澈光和計算機系統(tǒng)等DES、IDEA、三重DEs、序列密碼算法、單向及多混沌同步秘密通信,3、混沌數(shù)字編碼的異步通向散列函數(shù)、SRA、DSA、Fiat-Shamir、Diffic發(fā)展的主要技術(shù):混沌遮掩、混沌調(diào)制保密性與抗破譯能保密性與抗破譯雖好,但仍有漏洞,因為再大的混沌具有高度隨機性、非周期性、不可預(yù)測隨機性也有周期性,可破譯,或十分費時,代價快速衰減的關(guān)聯(lián)函數(shù)和寬帶特性,保密性更強量達到很大容量,但有限制用時空混沌更增強魯棒性,保密性更強低功率和低觀察性設(shè)備成本呆密系統(tǒng)安全的主1、軟件的致命漏洞:2、低效的攻擊保護3、糟正在研究,有利于解決這些問題要問題糕的隨機數(shù)產(chǎn)生;4、沒有地方存放秘密;現(xiàn)代計算機并不適合保護小秘密與現(xiàn)代通信相比,混沌保密通信具有許多新的特點,二者的11混沌電路同步與混沌保密通信63張課件12混沌電路同步與混沌保密通信63張課件13混沌電路同步與混沌保密通信63張課件14混沌電路同步與混沌保密通信63張課件15混沌電路同步與混沌保密通信63張課件16混沌電路同步與混沌保密通信63張課件17混沌電路同步與混沌保密通信63張課件18混沌電路同步與混沌保密通信63張課件19混沌電路同步與混沌保密通信63張課件20混沌電路同步與混沌保密通信63張課件21混沌電路同步與混沌保密通信63張課件22混沌電路同步與混沌保密通信63張課件23混沌電路同步與混沌保密通信63張課件24混沌電路同步與混沌保密通信63張課件25混沌電路同步與混沌保密通信63張課件26混沌電路同步與混沌保密通信63張課件27混沌電路同步與混沌保密通信63張課件28混沌電路同步與混沌保密通信63張課件29混沌電路同步與混沌保密通信63張課件30混沌電路同步與混沌保密通信63張課件31混沌電路同步與混沌保密通信63張課件32混沌電路同步與混沌保密通信63張課件33混沌電路同步與混沌保密通信63張課件34混沌電路同步與混沌保密通信63張課件35混沌電路同步與混沌保密通信63張課件36混沌電路同步與混沌保密通信63張課件37混沌電路同步與混沌保密通信63張課件38混沌電路同步與混沌保密通信63張課件39混沌電路同步與混沌保密通信63張課件40混沌電路同步與混沌保密通信63張課件41混沌電路同步與混沌保密通信63張課件42混沌電路同步與混沌保密通信63張課件43混沌電路同步與混沌保密通信63張課件44混沌電路同步與混沌保密通信63張課件45混沌電路同步與混沌保密通信63張課件46混沌電路同步與混沌保密通信63張課件47混沌電路同步與混沌保密通信63張課件48混沌電路同步與混沌保密通信63張課件49混沌電路同步與混沌保密通信63張課件50混沌電路同步與混沌保密通信63張課件51混沌電路同步與混沌保密通信63張課件52混沌電路同步與混沌保密通信63張課件53混沌電路同步與混沌保密通信63張課件54混沌電路同步與混沌保密通信63張課件55混沌電路同步與混沌保密通信63張課件56混沌電路同步與混沌保密通信63張課件57混沌電路同步與混沌保密通信63張課件58混沌電路同步與混沌保密通信63張課件59混沌電路同步