混沌技术在现代保密通信技术中应用及关键技术研究

呛尔滨Ｉ．科人学硕十学付论文

摘要

混沌学是现代科学与现代技术，特别是计算机技术相结合的产物，二三

卜年问，这门新兴学科在理论概念及实际Ｊ越用上迅速发展，已渗透到各个

学科和领域。随着计算机技术、信息技术利通信技术的迅猛发展，特别是

有关信息基＿６ｊ｛ｊ结构（信息高速公路）的概念和建设计划的提出．以训算机为核心的庞大信息网一在全世界范围内逐渐形成，传统的保密通信方法已

经不能满足人们对通信保密性能的要求。在这种情况下，人们迫切需要寻

求新的保密通信方法来确保网络的安全性。由于混沌保密通信具有＋哄时性

强、保密性能高等优点．显示出它在保密通信领域具有强大的生命力。简

单的说．混沌理论是非线性理论的重要分支学科，是现代非线性理论的一

个重要组成部分，它以简单确定的非线性系统产生不稳定但有界的貌似随

机的不确定行为，并且对系统初始条件具有依赖性。

文章针对现有的可供选择的可产生混沌序列的系统及模型有限，并且

可调参数数最较少、范田较窄的情况，提出的矿弦映射是·种欺型的舴线

性映射，利用它的非线性可以产牛复杂的动力学行为，并根蝌Ｌｖａｐｕ『１ｃ，ｖ指

数分析了其混沌特性，根据闭环ＢＰ网络的结构特ｌＬ，提出将正弦映射引入到闭环ＢＰ网络的隐含层，根据ＢＰ网络本身的特点，通过调整权值即町住

输ｍ层产生混沌，而任一有界的非线性函数都可以由傅立叶级数表示，这

种ＢＰ网络其本质就是一个傅立叶级数，因此它可以产生任何有界的一维和多维不包含混合项的ｊｒ线性函数，这样的映射种类在理论上为无穷大，而

日．可调参数也相应增多，但要达到理论上的结论其自Ｕ提条件是隐含层的神

经元个数为尢穷，存实际ｒｌｊ只取有限的若十个即可，通过计算机仂真，验

证了方案的可行性，产生的混沌序列性能较好。同时划ＢＰ网络的输入模式

进行了分析和研究，理论和仿真结果证明了：进制输入比传统的十进制输入具有更好的收敛速度。

关键词：混沌序列；丁Ｆ弦映射：ＢＰ神经网络；傅赶叶级数哈尔滨ｌ拌人。１｝硕十学化论文

Ａｂｓｔｒａｃｔ

ＣｈａｏｓｉｓａＤｒｏｄｕｃｔｏｆｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｍｏｄｅｒｎｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｍｏｄｅｒｎ

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ｕＩ哈尔滨ｌ释人１’｝硕十。≯忙论艾

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ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂｉｎａｒｙｉｎｐｕｔｐａｔｔｅｎｈａｓｆａｓｔｅｒｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｃｒａｔｃｔｈａｎｔｈｅｔｒｚｄｉｔｉｏｎａｌｄｅｃｉｍａｌｉｎｐｕｔｐａｔｔｅｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｈａｏｔｉｃｓｅｑｕｅｎｃｅ；ｓｉｎｅｍａｐ；ＢＰｎｅｕｒａｌｎｅ¨ｏｒｋ；Ｌｙａｐｕｎｏｖ

ｅｘｐＯｎｅｎｔ：Ｆｏｕｒｉｅｒ

ｓｅ“ｃｓ哈尔滨工程大学

学位论文原创性声明

本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导

Ｆ，由作吝本人独市完成的。自‘火观点、方法、数据和文

献的引用己存文中指出，并与参考文献相对应。除文中己

注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已

经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贞献的个

人和集体，均已竹．文巾以明确方式标明。本人完全意识到

本声明的法律结果由本人承担。

作者（签字）：望釜

ｌｉ期：２∞占年１月｝１

Ｈ哈尔滨ｌ：群人学硕十学位论文

第１章绪论

１．１课题来源及混沌与保密通信

本课题来源于哈尔滨ｌ：程大学校自然科学基会（Ｎｏ．ＨＥ【Ｆ０４１０６）。

在今天的信息社会罩，通信安全保密已经被世界各田提列到战略高度

来考虑。世界新军事变革的核心是新的信息技术在军事领域的广泛应用及

由此引起的其它方面的变化。信息战将成为未柬最主要的战争形态，它追

求信息技术优势，夺取制信息权是取得战争主动权的关键。而通信安伞保

密成为其中一个至关重要的环节，自然成为世界各国的研究热点。随着现

代通信技术的快速发展，传统的密码学保密通信受到了巨大的冲击，人们

冲破传统思维，不断努力寻找新的更加安伞有效的保密通信理论和手段。

近年来出现的混沌理论在保密通信中的应用技术可迥成为最理想的现代保

密通信手段．并成为研究的热点。混沌是确定性系统的内在随机性。混沌

在演化过程中，原则上未来完全由过去决定，但实际上任意小的误差指数

放大，使得混沌不町长期预测。混沌理论导致了一场影响科学各分支的技

术飞跃。把混沌引入信息与通信系统为信息与通信的改进捉ｆＩＩ了许多机遇。

分析表明，混沌应用１：保密通信具有极大的生命力，特别是在军事领域发

展前景十分广阔，这是因为混沌系统的类随机性十分适合于通信中的噪声

伪装凋制，更重要的是通过混沌系统划初始值的敏感依赖性，可以提供数

量众多、１｝相关、类随机而又确定可再生的信号，从而可以达到前所未有的保密效果。

八十年代以来，幽际上混沌通信理论与技术的形成和发展主要经历了

具有历史意义的三件大事：１９８３年，蔡少棠教授首次提ｍ了著名的蔡氏电

路，它足迄今为止在非线性电路巾产生复杂动力学行为的最有效而简单的

混沌ｒ乜路之一。通过对祭氏电路参数的变化，可以产生从倍周期分义、单

涡卷、周期３到双涡卷等十分十富的混沌现象，从而使人们能从电路的角

度较为方便的对混沌机理与特性进行研究：１９９０年，美国海军实验室研究

员Ｐｅｃｏｒａ和Ｃａｒｒ０１ｌ首次利用驱动．响应法实现了两个混沌的同步…１，这一