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基本信息
- 項目名稱：
- 數(shù)字化混沌的特性分析及系統(tǒng)設(shè)計
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 簡介：
- 項目主要研究數(shù)字化混沌的設(shè)計及系統(tǒng)分析改進(jìn)方法。數(shù)字化混沌在有限精度下實現(xiàn)導(dǎo)致系統(tǒng)動力學(xué)特性退化現(xiàn)象，使離散混沌序列存在短周期及局部線性的缺點。為了減小和消除存在的安全隱患，通過數(shù)值擬合用數(shù)學(xué)表達(dá)式建立精度與周期的關(guān)系。其次，針對序列的短周期現(xiàn)象及數(shù)字混沌的實際應(yīng)用提出一種新的數(shù)字混沌密鑰序列發(fā)生器。通過測試，新混沌系統(tǒng)消除了由于有限精度所應(yīng)起的相關(guān)函數(shù)的周期性峰值現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的安全性。
- 詳細(xì)介紹：
- 項目主要研究數(shù)字化混沌的設(shè)計及系統(tǒng)分析改進(jìn)方法。利用DSPBuider技術(shù)建模實現(xiàn)硬件的浮點運算，并運用在加密通信中。而數(shù)字化混沌在有限精度下實現(xiàn)導(dǎo)致系統(tǒng)動力學(xué)特性退化現(xiàn)象，使離散混沌序列存在短周期、相關(guān)性及局部線性的缺點。為了減小和消除存在的安全隱患，論文利用相關(guān)性原理測試不同精度下序列的周期化現(xiàn)象，通過數(shù)值擬合用數(shù)學(xué)表達(dá)式建立精度與周期的關(guān)系。其次，針對序列的短周期現(xiàn)象及數(shù)字混沌的實際應(yīng)用提出一種新的數(shù)字混沌密鑰序列發(fā)生器。通過測試，新混沌系統(tǒng)的軌道具有類隨機的跳動性，同時消除了由于有限精度所應(yīng)起的相關(guān)函數(shù)的周期性峰值現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的安全性。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益普及，信息安全已成為學(xué)術(shù)界和企業(yè)界所共同關(guān)注的研究熱點和關(guān)鍵問題。安全功能的復(fù)雜性以及攻擊手段的層出不窮，迫切需要研究和開發(fā)出更多安全、高效、可靠的信息安全技術(shù)。學(xué)術(shù)界正在探討將一些非傳統(tǒng)的新穎方法引入信息安全領(lǐng)域，將混沌理論用于信息安全領(lǐng)域是當(dāng)前國際非線性科學(xué)和信息科學(xué)兩個學(xué)科交叉融合的熱門前沿課題之一。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- 1. 文章結(jié)合數(shù)值擬合算法建模首次提出精度和周期的公式，用來估計有限精度對序列輸出周期的影響。 2. 為了驗證數(shù)字化混沌系統(tǒng)仍然具有非線性行為，論文通過硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的分岔現(xiàn)象，首次使混沌系統(tǒng)可以從性質(zhì)上驗證數(shù)字化后仍然具有動力學(xué)特性。 3. 針對序列的短周期現(xiàn)象及數(shù)字混沌的實際應(yīng)用提出一種新的數(shù)字混沌密鑰序列發(fā)生器。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 信息化時代通訊的安全性與實時性是個人隱私和需求的重點。為保證發(fā)送的數(shù)據(jù)只能被指定用戶接收和理解，項目結(jié)合混沌的動力學(xué)特性分析，設(shè)計一種數(shù)字化混沌加密系統(tǒng)，配置無線通信設(shè)備構(gòu)成保密的通信系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)發(fā)送端加密后再發(fā)送給遠(yuǎn)端接收者，保證了空中密文數(shù)據(jù)即使中途被竊取也無法被破譯，以防止數(shù)據(jù)被攻擊者竊聽、中途篡改或偽造。合法的接收端則采取相應(yīng)的解密算法恢復(fù)出明文數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了信息安全可靠的傳輸。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 混沌的良好統(tǒng)計特征和初值的敏感性適合加密系統(tǒng)設(shè)計，但由于數(shù)字混沌是在有限精度下進(jìn)行的，導(dǎo)致混沌系統(tǒng)特性的退化，尤其是輸出序列呈現(xiàn)出周期性，不利于加密系統(tǒng)組建。本文針對數(shù)字混沌序列的短周期現(xiàn)象提出改進(jìn)方案，這種新系統(tǒng)輸出的序列周期可根據(jù)加密需要進(jìn)行設(shè)定，彌補數(shù)字混沌短周期現(xiàn)象，并有更加良好的抗多徑干擾與多址干擾的能力。使數(shù)字混沌密鑰序列發(fā)生器可安全應(yīng)用到加密系統(tǒng)中。根據(jù)理論，利用FPGA設(shè)計了他的硬件電路并應(yīng)用在實際項目中。
獲獎情況
- 1. Lu Wang, Dun Ding. The bifurcation analysis of digital chaos circuit and its application, Chaos-Fractals Theories and Applications. 2. Qun Ding, Lu Wang.一種新型數(shù)字序列發(fā)生器的周期擴展方法及實現(xiàn),儀器儀表學(xué)報 ? 3. Qun Ding, Lu Wang. Correlative peak interval prediction and analysis of chaotic sequences, Journal of Networks.
鑒定結(jié)果
- 項目主要研究數(shù)字化混沌的設(shè)計及系統(tǒng)分析改進(jìn)方法。為了驗證數(shù)字混沌系統(tǒng)仍然具有非線性行為，論文通過硬件言語實現(xiàn)系統(tǒng)的分岔現(xiàn)象。針對序列的短周期現(xiàn)象及數(shù)字混沌的實際應(yīng)用提出一種新的數(shù)字混沌密鑰序列發(fā)生器。
參考文獻(xiàn)
- [1] 周紅,羅杰,凌燮亭.混沌非線性反饋密碼序列的理論設(shè)計和有限精度實現(xiàn)[J].電子學(xué)報, 1997,25(10) 57-60. [2] C. Y. Chee and D. L. Xu. Chaotic encryption using discrete-time synchronous chaos [J]. Physics Letters A. 2006, 348(3-6): 284-292. [3] Paraskevi T, Klimis N, Stefanos K. Security of human video objects by incorporating a chaos-based feedback cryptographic scheme [A]. Proc ACM Multimedia’04, 2004. [4] Tenny R, Tsimring L S, Larson L, etal. Using distributed nonlinear dynamics for public keys encryption [J]. Physical Review Letters, 2003, 90(4):047903. [5] Klein E, Mislovaty R, Kanterl, etal. Public-channel cryptography using chaos synchronization [J]. Physical Review E, 2005, 72(l):016214. [6] Ergun S, Ozoguz S.A truly random number generator based on a continuous time chaotic oscillator for applications in cryptography [A]. Berlin: Springer Verlag, LNCS3733, 2005:205-214. [7] 顏森林.光纖混沌雙向保密通信系統(tǒng)研究[J].電子學(xué)報, 2005,33(2): 266-270. [8] 李曉明,沈海斌,嚴(yán)曉浪.一種分段線性映射的混沌隨機數(shù)發(fā)生器特性研究[J].電子與信息學(xué)報, 2005,27(6): 874-878.
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)外近年來對于混沌理論與應(yīng)用的研究仍處于上升趨勢，混沌的基本特性即奇異吸引子、倍周期分岔現(xiàn)象、普適常數(shù)、Lyapunov指數(shù)等得到有效驗證。早在1984年R. Matthews提出了混沌加密思想，以后混沌和密碼學(xué)結(jié)合構(gòu)成混沌加密的研究不斷深入。 在混沌密碼中，主要基于計算機有限精度下實現(xiàn)的數(shù)字化混沌系統(tǒng)，周紅等提出的基于m序列擾動的混沌序列密碼是一種隨機改變混沌映射參數(shù)來提高混沌序列復(fù)雜性的方法，Kevin Chen等提出Dragon的序列密碼算法。近年來混沌加密特性和混沌數(shù)字化加密及分析方面的研究更加深入并取得相應(yīng)成果。Gonzalo Alvarez 等提出基于Baker映射物理層混沌加密算法的安全缺陷，討論了提高加密算法安全性的可能對策。楊濤，Leon O.Chua等提出一種試圖阻止攻擊的基于混沌的保密通信方案，在混沌系統(tǒng)中并不直接編碼信息信號。連世國提出一種基于時空混沌的高效圖像或視頻加密方法，使用混沌晶格產(chǎn)生偽隨機序列然后逐個加密圖像塊。丁群等人提出混沌量化編碼方法及設(shè)計方案，并將其在數(shù)字化裝置中實驗傳輸。何紅等人根據(jù)非線性動力學(xué)理論，從穩(wěn)定動態(tài)系統(tǒng)理論著手，采用混沌系統(tǒng)的離散Logistic映射并利用模塊運算設(shè)計同步和保密通信，其容易實現(xiàn)并具有較好的抗干擾能力。王凱等人提出一種新的方法從漸近確定的隨機系統(tǒng)中產(chǎn)生偽隨機位序列，通過研究分段線性映射和不可逆非線性變換產(chǎn)生的漸近穩(wěn)定隨機多值通信的特性，給出了在有限的數(shù)字化狀態(tài)空間中的離散系統(tǒng)。 總結(jié)上述并真正應(yīng)用于工程實際，在理論和工程技術(shù)上都還有很多需要考慮和尚待解決的問題。第一，由于計算機存在有限字長效應(yīng)，因此數(shù)字化混沌系統(tǒng)與理想的實值混沌系統(tǒng)相比，在動力學(xué)特性上存在相當(dāng)大的差異。典型的問題包括數(shù)字化后混沌特性變異、短周期問題、退化的軌道分布和非理想的相關(guān)特性，這些都是面臨真正應(yīng)用的難題。第二，混沌密碼系統(tǒng)安全評估問題不像傳統(tǒng)密碼學(xué)那樣有比較成熟的理論準(zhǔn)則，目前國際上還沒有一套標(biāo)準(zhǔn)用于評估混沌加密系統(tǒng)的安全性、復(fù)雜性和可靠性。第三，在傳統(tǒng)密碼學(xué)算法固定后，其輸出統(tǒng)計特性、復(fù)雜性和周期性基本確定，可根據(jù)加密需要選擇不同級別加密算法，而混沌系統(tǒng)尤其是數(shù)字化后混沌序列，許多輸出特性難以度量。而且如何研究與明確這些問題，目前還未得到多數(shù)研究者的重視。
