混沌系统的间歇控制及其在保密通信中的应用

混沌系统在保密通信中的应用
顾春明;沈柯
【期刊名称】《长春光学精密机械学院学报》
【年(卷),期】1998(021)003
【摘要】混沌保密通信是当今研究热闹课题之一。

本文就混沌系统应用于保密通
信中的基本理论，编码方式和密钥等内容作一简要讨论，并采用一次一密密码体制，用损耗调制ＣＯ２激光器混沌系统的输出作为密钥分别对本文文件、图形文件进行加密和解密。

这种一次一密加密方式是不可破译的。

【总页数】5页(P18-22)
【作者】顾春明;沈柯
【作者单位】长春光学精密机械学院光学物理系;长春光学精密机械学院光学物理
系
【正文语种】中文
【中图分类】TN918
【相关文献】
1.拉伸式3-D多涡卷混沌系统的设计及其在保密通信中的应用 [J], 马均澎;王丽丹;段书凯;吴洁宁
2.不同阶混沌系统同步及其在保密通信中应用 [J], 高金峰;侯艳贺;吴金峰
3.不同阶混沌系统广义混合错位函数投影同步及在保密通信中的应用 [J], 李睿;张广军;朱涛;王相波;王珏
4.分数阶混沌系统电路设计及在保密通信中的应用 [J], 贾晨浩;李帅;徐瑜;吴楠燕;
孙楠
5.基于新四翼混沌系统的复杂网络的混沌同步及其在保密通信中的应用 [J], 付宏睿;史红涛;张建刚
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混沌同步的理论与应用研究混沌理论是近年来兴起的一种新的科学理论，它的出现对于科学技术的发展起到了重要的推动作用。

混沌同步作为混沌理论的重要分支之一，其理论研究和应用价值也越来越受到学者和工程师的关注。

本文将介绍混沌同步的理论和应用，探讨其在各个领域的研究和进展。

一、混沌同步的基本概念混沌同步是指在两个或多个混沌系统之间，通过某种方式使它们的演化趋势发生同步，使它们之间的状态保持一致。

混沌同步的本质在于通过控制某些变量的值，使得混沌系统之间的输出信号同步，从而达到某种控制的目的。

混沌同步有很多种形式，其中最常见的是完全同步和广义同步。

完全同步是指两个混沌系统在所有时间点上的状态都一致，广义同步则是指两个混沌系统的输出信号在某种意义下保持同步，但彼此之间可能具有一些差异。

不同种类的混沌同步形式在实际应用中都具有一定的价值。

二、混沌同步的实现方法混沌同步的实现方法有很多种，其中比较常用的方法包括反馈控制同步、耦合同步、自适应同步等。

反馈控制同步是指通过反馈控制方式，使得两个混沌系统之间的差异最小化，从而实现同步。

在实际应用中，反馈控制同步是最为常见的混沌同步方式。

耦合同步则是指通过在两个混沌系统之间引入相互耦合作用，从而实现同步。

在实际应用中，耦合同步常常被用于多个物理系统之间的同步控制。

自适应同步则是指通过调整两个混沌系统之间的参数，从而实现同步。

自适应同步的优势在于能够自动调节参数，适应不同的环境和应用场景。

三、混沌同步的应用领域混沌同步作为一种有广泛应用价值的控制技术，已经被广泛应用于很多领域。

下面将介绍混沌同步在通信、图像处理、生物医学、机器人控制等领域的应用。

1. 通信领域混沌同步在通信领域的应用主要体现在保密通信和传输控制方面。

通过混沌同步技术，可以实现高度保密的通信，避免信息泄露和攻击。

此外，混沌同步技术还可以用于控制传输速率，从而有效控制网络拥塞和服务质量。

2. 图像处理领域混沌同步在图像处理领域的应用主要体现在图像加密和压缩方面。

混沌信号生成与应用研究混沌信号是一种具有高度复杂性和随机性的信号，在众多领域中得到了广泛的应用。

本文将从混沌信号的生成机理、特点以及在通信、保密和混沌系统等方面的应用进行探讨。

一、混沌信号的生成机理混沌信号生成的基本原理是通过非线性动力学系统产生离散的、不可预测的信号。

其中最常见的混沌产生系统包括洛伦兹系统、刘维尔系统和Ikeda映射等。

这些系统具有以下特点：1. 非线性：混沌系统中的方程往往包含非线性项，导致系统的行为不可预测。

2. 灵敏依赖于初始条件：微小的初始条件变化会引起混沌系统的完全不同的演化行为。

3. 范围选择性：混沌信号的频谱范围非常广，可以覆盖从低频到高频的所有频段。

二、混沌信号的特点混沌信号具有以下几个显著的特点：1. 宽频带：混沌信号的频谱非常宽，可以在多个频段传输信息。

2. 伪随机性：混沌信号看似随机，但实际上是由确定性的非线性系统产生的。

3. 私钥性：由于混沌信号的不可预测性，可以作为一种私钥用于信息的加密和解密。

4. 抗干扰性：混沌信号在传输中具有很好的抗干扰性，能够有效地抵御外界噪声和干扰。

三、混沌信号在通信中的应用1. 无线通信：混沌信号可以用作无线通信中的扩频码，将信号在频谱中展开，提高系统的抗干扰性和容量。

2. 加密通信：混沌信号的伪随机性和私钥性使其成为一种优秀的加密手段，可以用于保护敏感信息的安全传输。

3. 通信隐蔽性：混沌信号可以实现抗窃听和抗干扰的通信，提高通信的隐蔽性。

四、混沌信号在保密中的应用1. 图像加密：将混沌信号作为加密密钥，可以对图像进行加密，实现机密性保护。

2. 视频加密：利用混沌加密算法对视频进行加密处理，保护视频内容的安全性。

3. 数据加密：混沌信号可以用于对数据进行加密保护，确保数据的机密性和完整性。

五、混沌信号在混沌系统中的应用混沌系统是一种基于混沌现象设计的动力学系统，广泛应用于通信、图像处理、模拟电路和神经网络等领域。

混沌系统可以产生具有丰富数据结构和不可预测性的信号，并可用于实现随机数生成、时间序列的预测和模拟生物系统等任务。

混沌理论概述1混沌理论的发展 (1)2混沌的主要特征 (2)(1)有界性 (2)遍历性 (2)内随机性 (2)分维性 (3)标度性 (3)普适性 (3)统计特征、正Lyapunov指数及连续功率谱等。

(3)3 混沌理论在保密通信中的应用 (3)1混沌理论的发展所谓混沌，粗略的说是一种在确定系统中所表现出来的类似随机而无规则运动的动力学行为。

由于混沌系统的奇异性和复杂性至今尚未被人们彻底了解，因此，至今混沌还没有一个统一的定义。

混沌是非线性确定性系统的一种内在的随机现象，对混沌现象的研究有助于人们对客观世界的正确认识和把握。

它揭示了自然界及人类社会中普遍存在的复杂性，反映了世界上无序和有序之间、确定性与随机性之间的辩证统一关系。

在混沌动力学的研究中，主要有三个方面的内容，一是研究系统从有序到混沌态的过渡，即探讨系统进入混沌状态的机制与途径;二是研究混沌中的有序行为，即探讨混沌中的普适性和标度不变性;三是研究如何有效地控制混沌或主动地利用混沌。

最先对混沌的研究可以追溯到19世纪，公认为真正发现混沌的第一位学者是法国数学、物理学家H. Poincare，他是在研究太阳系的三体运动时发现混沌的。

20世纪70年代，特别是1975年以后，是混沌科学发展史上光辉灿烂的年代。

在这一时期，混沌学作为一门新兴的学科正式诞生了。

1971年，法国的数学物理学家D. Ruelle和荷兰的F. Takens发表了著名论文《论湍流的本质》，在学术界首次提出用混沌来描述湍流形成机理的新观点，并为耗散系统引入了“奇怪吸引子”这一概念。

进入20世纪80年代，混沌研究己发展成为一个具有明确研究对象和基本课题、具有独特的概念体系和方法论框架的新学科。

从80年代中后期开始，混沌学更是与其它学科相互渗透、相互促进，无论是在生物学、生理学、心理学、数学、物理学、电子学、信息科学，还是在天文学、气象学、经济学，甚至在音乐、艺术等领域，混沌都得到了广泛的应用。

混沌系统的理论与应用研究混沌系统是一类非线性动力学系统，其特点是有着灵敏的初始条件依赖性、不可预测性和复杂性。

在自然界和工程实践中，很多现象可以被描述为混沌现象。

因此混沌系统的理论和应用研究已经成为了一个热点话题。

一、混沌系统的理论1.混沌现象的起源混沌现象的起源可以追溯到19世纪60年代的洛伦兹方程。

洛伦兹方程描述了三维空间中的流体运动，但是当参数取值在一定范围内时，方程的解会呈现出复杂的非周期性演化，这就是洛伦兹吸引子，也是混沌现象的一个自然表现。

2.混沌系统的行为特征混沌系统主要有三个基本特征，即灵敏性依赖初值、不可预测性和指数式的增长或衰减。

灵敏性依赖初值是指对于微小的初值扰动会导致系统演化完全不同的结果，导致系统的预测变得不可靠。

不可预测性是指混沌系统的演化严格遵循确定性方程，但是由于初值误差的影响，相邻的状态演化会趋于不同的方向。

指数式的增长或衰减则体现了混沌系统的无限扩张性和不稳定性。

3.混沌理论的基本工具混沌理论的基本工具包括相空间、特征指数和混沌分析等。

相空间是混沌理论的核心概念，它是由混沌系统状态构成的空间，反映了混沌系统状态的演化规律。

特征指数是描述混沌系统演化速率的指标，它可以用于判断混沌系统的稳定性和预测系统的行为。

混沌分析则是一种基于神经网络、小波分析、频域分析等方法对混沌时序序列的分析手段，可以提取出混沌系统中蕴含的信息。

二、混沌系统的应用1.混沌系统在密码学中的应用由于混沌系统的伪随机性和不可预测性，因此在密码学中得到了广泛运用。

混沌加密算法是一种基于混沌映射的加密方法，可以提供高强度的数据保护。

2.混沌系统在通信中的应用混沌通信是一种新兴的通信技术，它通过利用混沌系统的非周期性、高灵敏性和无规律性来实现通信系统的保密性和抗干扰性。

3.混沌系统在金融领域中的应用混沌系统在金融领域中的应用主要包括金融市场预测和金融风险控制。

混沌理论的应用可以提高预测模型的精度，在金融市场瞬息万变的环境下，提高预测准确率对于投资者和交易员来说都是至关重要的。

混沌系统的深入研究及其应用价值分析混沌理论是20世纪60年代末由美国物理学家奈腾森（E.N.Lorenz）首次提出的。

混沌非常稳定，但是随着时间演化，输出数据呈现出不规则、随机、不重复的特性，这是混沌系统独特的表现形式。

混沌系统广泛应用于许多领域，如控制工程、密码学、生物医学、环境科学、经济学等。

混沌理论的研究及应用价值混沌理论对于一些高度复杂的自然系统具有重要的研究价值，是一种新的研究方法，可用于分析各种混乱状态和复杂性。

混沌系统的研究可以提供对现实问题的认识，从而开发出相关产品和技术，有助于提高我们的生活质量。

混沌理论的应用领域非常广泛，比如：1.控制工程混沌的无序性在控制系统中可以被用来防止一些不稳定的、难以预测的现象的出现。

当信号经过混沌调制之后，可以在传输过程中具有抗干扰能力，改善传输质量，保持数据的保密性。

2.密码学混沌密码技术在保护电子通信、无线通信及互联网上的信息传输方面广泛使用。

混沌系统引入的非线性特性使信息加密难以被破解。

混沌加密技术是一种第三代密码技术，具有高保密性、高速度、简单性和适应性。

3.经济学金融市场在许多方面都呈现出混沌行为，譬如股票交易和外汇汇率等。

混沌理论和方法可以被用来帮助分析金融市场乱象，预测市场的走势，为决策者制定有效的金融政策提供依据。

4.生物医学混沌理论研究可以帮助理解生物系统的内部规律性，并揭示复杂疾病的发生和发展规律。

基于混沌理论的模型可以发现蛋白质等大分子的摆动模式，加深对生命科学的理解。

混沌理论的数学基础混沌理论的数学基础主要有非线性动力学、常微分方程、非线性differential方程、非线性方程、递归、动态系统和混沌控制等。

非线性动力学是分析混沌系统行为的一种重要数学工具和理论，理论的基础是在非线性时变系统动力学方程和稳态方程中研究稳定性和吸引性的特性。

结论混沌理论巨大的研究和应用价值使其在当今世界科技发展中占据着重要的地位。

深入研究混沌系统和综合应用混沌理论，不仅对科学研究有启迪和贡献，还成就了许多重要的科学发现和应用产品，为人类社会的发展进步挥洒着璀璨的光芒。

混沌系统控制与同步技术研究混沌系统是指某些动力学系统在一定条件下所呈现出的不稳定、高度复杂、且无规律可循的状态。

这种状态在自然界中广泛存在，在机械、化学、物理、生物等各个领域都有着广泛的应用。

但是，由于混沌系统具有高度的复杂性和敏感性，所以深入研究和掌控混沌系统的控制和同步技术对于提高社会发展的科学水平和人类的生产生活水平都有着重要的意义。

混沌系统控制是指通过外部干扰手段对混沌系统的状态进行控制，使其呈现出所需的状态。

混沌系统同步则是指通过耦合机制将多个混沌系统的混沌状态变得相同或相似。

混沌系统的控制和同步技术应用广泛，如在通信系统中让多个混沌发生器产生相同频率的混沌信号，形成保密的加密通讯信道；在力学系统中实现控制，可以用于降防楼房等工程实现振动的干扰控制。

下文将从混沌系统控制和同步技术的研究现状、方法及应用等方面来对这个主题进行探讨。

一.混沌系统控制技术的研究现状混沌系统控制技术的主要研究思路包括传统的线性控制、非线性控制、自适应控制、混杂控制等。

其中，线性控制方法是最早被引入混沌系统中的一种方法，通过反馈作用来调控混沌系统，但是这种方法只能对某些类型的混沌系统产生有效的控制作用。

非线性控制方法是针对混沌动力学方程的非线性特性所提出的一种控制方法，其思路是通过控制系统的结构和参数来实现混沌系统的控制。

非线性控制方法依赖于混沌系统本身的结构和动态特性，能够对很多混沌系统产生有效的控制效果。

自适应控制是一种动态自适应性的控制方法，其思路是通过不断地学习现有控制结果，对控制系统的参数进行调整和改变，以适应外界环境的变化和内部状态的变化。

自适应控制方法被广泛应用于混沌系统中，可以有效地控制复杂的非线性系统。

混杂控制是基于混沌滑模理论的一种控制方法，通过构建混沌观测器和滑模控制器来实现混沌系统的控制。

它采用新的变量反馈方法实现非线性控制和同步，具有优异的性能和精度。

二.混沌系统同步技术的研究现状混沌系统同步技术的研究思路主要包括基于控制的同步方法、基于耦合的同步方法、基于反馈的同步方法、自适应同步方法等。