混沌同步保密通信技术及方法研究
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混沌在保密通信中的应用The Application of Chaos In Secure Communication【摘要】:通信的飞跃发展促使人们越来越追求信息的保密。
混沌信号由于高度的初值敏感性、不可预测性和类似噪声的宽带功率谱密度等突出特征, 使得它具有天生的隐蔽性。
本文就混沌掩盖、混沌参数调制、混沌扩频、混沌键控进行了初步介绍。
【关键字】:混沌保密通信混沌掩盖混沌参数调制混沌扩频混沌键控1.引言随着通信技术的发展,人们的生活方式日趋便利,从电报到电话,从电话到移动手机,从双绞线到同轴电缆,从电缆到光纤,从有线到无线,我们的通信世界实现着人们的种种通信需求。
但是在通信方式越来越便利,种类也越来越多样的同时,人们一样追求通信的保密。
这也就促进了密码技术的发展。
然而, 现代计算机技术的发展, 也为破译密码提供了强大的武器。
利用计算机网络, 非法访问银行数据库系统, 更改个人账户信息, 谋取经济利益; 盗取密码、篡改信息, 闯入政府或军事部门窃取机密等一系列高科技犯罪屡有报道。
这与信息保密工作不力有一定关系, 也说明传统的保密技术还不够完善。
混沌保密通信新技术的兴起, 为信息保密开辟了一条崭新的道路。
利用混沌信号的特征, 隐藏信息, 是密码学发展新方向之一, 也是混沌应用领域研究中的热点【1】。
2.混沌在通信领域的起源混沌是确定性非线性电路或系统中物理量作无规则变化的现象。
非线性电路是指至少含有一个不是独立电源的非线性元件的电路。
确定性电路是指不存在随机现象的电路。
一般地,混沌指确定性非线性系统中的无序现象,有些类似随机现象。
混沌的一个特点是,变量的无规则变化对起始状态极其敏感,即:在某个起始条件下,变量作某种不规则变化;当起始条件稍为改变,稍长时间以后,变量的不规则变化和前一变化显著不同【2】。
图1显示了在两个相差极小的起始条件下,洛伦兹方程中的一个状态变量随时间变化的曲线。
图 1“混沌”作为科学词语一般认为是始于李天岩和约克(Yo rke) 的著名论文《周期3 蕴含混沌》【3】。
混沌系统与混沌电路:原理、设计及其在通信中的应用1 混沌系统的原理混沌系统是一种表现非周期、非随机、近似于混沌状态的物理系统。
这种系统的运动状态会不断地演变,它的状态变化是混沌的,即使在同一初始条件下,其状态也会显示出随机性,因此具有高度的不可预测性。
混沌系统的本质是由一组非线性微分方程组成的,具有非线性耦合作用。
这种系统的运动规律不能完全由微分方程的初值和边界条件所确定,而是与初始状态的微小差异有关。
因此,其在信息加密、随机数产生和通信等方面具有广泛的应用。
2 混沌电路的设计混沌电路是利用物理混沌现象制造的电路,它产生的电信号具有无规律、不可预测的特点。
混沌电路的设计与制造包括了模拟、数字和光学等多种技术,因此也具有广泛的应用。
典型的混沌电路是由非线性电学元器件、放大器和反馈电路组成的。
其中非线性元器件的作用是将输入信号转化为夹杂的高频成分,而反馈电路又将这些高频成分返回到放大器中,所产生的信号具有一定程度的随机性。
在混沌电路的设计中,考虑到电路的可调性和可控性,通常会采用微调电容、电阻等元器件的阻值来控制电路的混沌状态。
此外,由于混沌电路的工作频率通常比较高,因此对电路的抗噪声、稳定性和可靠性的要求比较高。
3 混沌系统在通信中的应用混沌效应的不可预测性和复杂性赋予了混沌系统在通信安全、密钥分发、调制解调等方面的广泛应用。
在通信安全方面,混沌同步技术可以用来实现高速密钥分发和加密。
其中,利用混沌周期性的特点,可以在接收端产生与发送端完全一致的混沌波形,这样就可以实现加密的目的。
此外,在数字电视、卫星通信等领域,混沌扰码技术也被广泛应用。
在通信调制解调方面,混沌调制技术可以进行宽带通信,其主要作用是将数据信号混合到混沌信号中去,这样可以大大提高数据传输的有效性。
此外,混沌序列还可以用来进行多载波通信、脉冲编码调制等方面的研究。
总的来说,混沌系统在通信中具有很多优点,可以提高数据传输的安全性、稳定性和可靠性,同时还可以为现代通信技术的发展提供创新思路和新的研究方向。