基本信息
- 項目名稱：
- 數字化混沌的特性分析及系統(tǒng)設計
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 項目主要研究數字化混沌的設計及系統(tǒng)分析改進方法。數字化混沌在有限精度下實現導致系統(tǒng)動力學特性退化現象，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，通過數值擬合用數學表達式建立精度與周期的關系。其次，針對序列的短周期現象及數字混沌的實際應用提出一種新的數字混沌密鑰序列發(fā)生器。通過測試，新混沌系統(tǒng)消除了由于有限精度所應起的相關函數的周期性峰值現象，提高了系統(tǒng)的安全性。
- 詳細介紹：
- 項目主要研究數字化混沌的設計及系統(tǒng)分析改進方法。利用DSPBuider技術建模實現硬件的浮點運算，并運用在加密通信中。而數字化混沌在有限精度下實現導致系統(tǒng)動力學特性退化現象，使離散混沌序列存在短周期、相關性及局部線性的缺點。為了減小和消除存在的安全隱患，論文利用相關性原理測試不同精度下序列的周期化現象，通過數值擬合用數學表達式建立精度與周期的關系。其次，針對序列的短周期現象及數字混沌的實際應用提出一種新的數字混沌密鑰序列發(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起的相關函數的周期性峰值現象，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
- 隨著計算機和網絡技術的日益普及，信息安全已成為學術界和企業(yè)界所共同關注的研究熱點和關鍵問題。安全功能的復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。學術界正在探討將一些非傳統(tǒng)的新穎方法引入信息安全領域，將混沌理論用于信息安全領域是當前國際非線性科學和信息科學兩個學科交叉融合的熱門前沿課題之一。
科學性、先進性及獨特之處
- 1. 文章結合數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. 為了驗證數字化混沌系統(tǒng)仍然具有非線性行為，論文通過硬件實現系統(tǒng)的分岔現象，首次使混沌系統(tǒng)可以從性質上驗證數字化后仍然具有動力學特性。 3. 針對序列的短周期現象及數字混沌的實際應用提出一種新的數字混沌密鑰序列發(fā)生器。
應用價值和現實意義
- 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)送的數據只能被指定用戶接收和理解，項目結合混沌的動力學特性分析，設計一種數字化混沌加密系統(tǒng)，配置無線通信設備構成保密的通信系統(tǒng)。在數據發(fā)送端加密后再發(fā)送給遠端接收者，保證了空中密文數據即使中途被竊取也無法被破譯，以防止數據被攻擊者竊聽、中途篡改或偽造。合法的接收端則采取相應的解密算法恢復出明文數據，從而實現了信息安全可靠的傳輸。
學術論文摘要
- 混沌的良好統(tǒng)計特征和初值的敏感性適合加密系統(tǒng)設計，但由于數字混沌是在有限精度下進行的，導致混沌系統(tǒng)特性的退化，尤其是輸出序列呈現出周期性，不利于加密系統(tǒng)組建。本文針對數字混沌序列的短周期現象提出改進方案，這種新系統(tǒng)輸出的序列周期可根據加密需要進行設定，彌補數字混沌短周期現象，并有更加良好的抗多徑干擾與多址干擾的能力。使數字混沌密鑰序列發(fā)生器可安全應用到加密系統(tǒng)中。根據理論，利用FPGA設計了他的硬件電路并應用在實際項目中。
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.一種新型數字序列發(fā)生器的周期擴展方法及實現,儀器儀表學報 ? 3. Qun Ding, Lu Wang. Correlative peak interval prediction and analysis of chaotic sequences, Journal of Networks.
鑒定結果
- 項目主要研究數字化混沌的設計及系統(tǒng)分析改進方法。為了驗證數字混沌系統(tǒng)仍然具有非線性行為，論文通過硬件言語實現系統(tǒng)的分岔現象。針對序列的短周期現象及數字混沌的實際應用提出一種新的數字混沌密鑰序列發(fā)生器。
參考文獻
- [1] 周紅,羅杰,凌燮亭.混沌非線性反饋密碼序列的理論設計和有限精度實現[J].電子學報, 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].電子學報, 2005,33(2): 266-270. [8] 李曉明,沈海斌,嚴曉浪.一種分段線性映射的混沌隨機數發(fā)生器特性研究[J].電子與信息學報, 2005,27(6): 874-878.
同類課題研究水平概述
- 國內外近年來對于混沌理論與應用的研究仍處于上升趨勢，混沌的基本特性即奇異吸引子、倍周期分岔現象、普適常數、Lyapunov指數等得到有效驗證。早在1984年R. Matthews提出了混沌加密思想，以后混沌和密碼學結合構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的數字化混沌系統(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來提高混沌序列復雜性的方法，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字化加密及分析方面的研究更加深入并取得相應成果。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計方案，并將其在數字化裝置中實驗傳輸。何紅等人根據非線性動力學理論，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計同步和保密通信，其容易實現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生的漸近穩(wěn)定隨機多值通信的特性，給出了在有限的數字化狀態(tài)空間中的離散系統(tǒng)。 總結上述并真正應用于工程實際，在理論和工程技術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，因此數字化混沌系統(tǒng)與理想的實值混沌系統(tǒng)相比，在動力學特性上存在相當大的差異。典型的問題包括數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特性，這些都是面臨真正應用的難題。第二，混沌密碼系統(tǒng)安全評估問題不像傳統(tǒng)密碼學那樣有比較成熟的理論準則，目前國際上還沒有一套標準用于評估混沌加密系統(tǒng)的安全性、復雜性和可靠性。第三，在傳統(tǒng)密碼學算法固定后，其輸出統(tǒng)計特性、復雜性和周期性基本確定，可根據加密需要選擇不同級別加密算法，而混沌系統(tǒng)尤其是數字化后混沌序列，許多輸出特性難以度量。而且如何研究與明確這些問題，目前還未得到多數研究者的重視。
