混沌電路同步與混沌保密通信63張課件

時(shí)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(shí)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(jiǎn)介混沌通信簡(jiǎn)介隨著對(duì)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?；煦缧盘?hào)的應(yīng)用已滲透到電子工程的每一個(gè)重要領(lǐng)域,從而形成了諸如混沌通信、混沌雷達(dá)、混沌對(duì)抗、混沌控制等研究分支。混沌通信在國際上起源于二十世紀(jì)九十年代初期,現(xiàn)已經(jīng)經(jīng)歷了十多年的時(shí)間并已成為目前信息科學(xué)界關(guān)注和研究的熱點(diǎn)之一,在國際上對(duì)電路系統(tǒng)中的混沌機(jī)理進(jìn)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(jī)理的研究提供了大量的事實(shí)依據(jù)。?；煦缱鳛橐环N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(duì)許多學(xué)者對(duì)蔡氏電路進(jìn)行了廣泛和深入§1混沌保密通信簡(jiǎn)介3的研究,使人們從電路的角度對(duì)混沌機(jī)理進(jìn)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(shí)驗(yàn)室的Pecora和Carrol首次提出用電子線路實(shí)現(xiàn)混沌同步即混沌系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)一響應(yīng)同步法,此后關(guān)于混沌同步的研究不斷推進(jìn),從而使得人們對(duì)混沌保密通信的研究進(jìn)入了高潮。由于混沌信號(hào)具有隨機(jī)性,對(duì)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(hào)很難被破譯,即使竊聽者知道是混沌信號(hào),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(shí)現(xiàn)混沌保密通信,可用簡(jiǎn)單的電路完成基本的加密功能的同時(shí)還使得信號(hào)的頻譜得以擴(kuò)展?；煦绫Ｃ芡ㄐ疟饶壳皬V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(gè)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(duì)混沌機(jī)理進(jìn)行探索,蔡氏電路4二、保密通信原理保密通信是對(duì)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(duì)收到的加密消息進(jìn)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(jiǎn)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(shí)質(zhì)是對(duì)信息(字符或數(shù)據(jù))記錄進(jìn)行一組可逆的邏輯或數(shù)學(xué)運(yùn)算,使得情報(bào)對(duì)于計(jì)算機(jī)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(shí)際上這種密鑰的長(zhǎng)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(shì)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(yùn)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(kuò)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(diǎn)(1)系統(tǒng)同步的魯棒性(Robust)和通信的保密性是一對(duì)矛盾,魯棒性也可被破譯方利用,同步魯棒性的提高必然會(huì)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(shí)現(xiàn)的混沌保密通信系統(tǒng),應(yīng)用時(shí)很難做到收發(fā)兩端的混沌電路完全匹配。為克服這個(gè)缺點(diǎn),雖然一些文獻(xiàn)也提岀一些方法,如利用數(shù)字濾波器的擬混沌特性實(shí)現(xiàn)數(shù)字保密通信,采用非自治的混沌系統(tǒng)實(shí)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(cè)學(xué)和電子對(duì)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(cè),如果已知幾個(gè)明文密文對(duì),一些混沌映射也容易被預(yù)測(cè)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),高維超混沌系統(tǒng)的保密性相對(duì)于低維混沌系統(tǒng)來說保密性要強(qiáng)一些。因此,如何得到很多不易預(yù)測(cè)的且易實(shí)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(diǎn)。(4)現(xiàn)有的混沌序列的研究對(duì)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(jì)分析上,就是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試給出的,故難以保證其每個(gè)實(shí)現(xiàn)序列的周期都足夠大,偽隨機(jī)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(gè)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(gè)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(dòng)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(cè)學(xué)和電子對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展,一些混沌8(6)目前對(duì)混沌通信的研宄,無論在理論上還是在實(shí)驗(yàn)上都取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)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(diǎn),研究手段局限于計(jì)算機(jī)仿真,而有關(guān)混沌通信硬件實(shí)驗(yàn)的研究報(bào)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(huì)導(dǎo)致保密通信領(lǐng)域的一場(chǎng)變革(6)目前對(duì)混沌通信的研宄,無論在理論上還是在實(shí)驗(yàn)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(diǎn)與發(fā)展歷程混沌運(yùn)動(dòng)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?yàn)樗睦碚搩r(jià)值,也因?yàn)樗膽?yīng)用價(jià)值?；煦缈刂婆c同步的實(shí)驗(yàn)成功極大地鼓舞了所有的混沌研究者,這就進(jìn)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(jìn)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(jì)價(jià)值。例如,混沌運(yùn)動(dòng)蘊(yùn)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?；煦鐚W(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(gè)重要分支,又身處一個(gè)信息時(shí)代,必將在人們的生活中,尤其是軍事及國家安全和通信對(duì)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(gè)國家的競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí)它將對(duì)今后我國社會(huì)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到促進(jìn)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。§2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(diǎn),二者的主要差異點(diǎn)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(diǎn)通?，F(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(diǎn),特別是美國國防部和發(fā)達(dá)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(diǎn)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(jì)算機(jī)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?yàn)樵俅蟮幕煦缇哂懈叨入S機(jī)性、非周期性、不可預(yù)測(cè)隨機(jī)性也有周期性,可破譯,或十分費(fèi)時(shí),代價(jià)快速衰減的關(guān)聯(lián)函數(shù)和寬帶特性,保密性更強(qiáng)量達(dá)到很大容量,但有限制用時(shí)空混沌更增強(qiáng)魯棒性,保密性更強(qiáng)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(hù)3、糟正在研究,有利于解決這些問題要問題糕的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生;4、沒有地方存放秘密;現(xiàn)代計(jì)算機(jī)并不適合保護(hù)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(diǎn),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