混沌同步自保持特性在保密通信中的應用方法
2023-10-06 17:04:49
專利名稱：混沌同步自保持特性在保密通信中的應用方法
技術領域：
本發明屬於通信領域，具體涉及一種混沌同步自保持特性在保密通信中的應用方法。
背景技術：
混沌保密通信的研究在國際上起源於二十世紀九十年代初期，現已經歷了十多年的時間，由於混沌信號自身所具有不可預測等特性，使得混沌保密通信具有極高的保密度，已成為目前信息科學界關注和研究的熱點之一。目前，混沌的控制、同步方法的研究已取得許多成果，混沌保密通信也有了一定的發展，但是，一直未能實際應用於混沌通信領域。首先混沌保密通信系統是否正常有效的工作主要取決於有無良好的同步系統，良好的同步系統需要精確的混沌同步控制信號，由於混沌同步控制信號是寬頻譜，類似白噪聲的信號，而用混沌加密過的密文信息也是類似於白噪聲的信號，因此關鍵問題之一就是如何同時在同一信道中傳輸混沌同步控制信號和密文信號，這個問題一直制約著混沌保密通信的實際應用。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供了一種能夠保證在系統同步狀態下完成信息傳送的混沌同步自保持特性在保密通信中的應用方法。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是首先從通信系統發射端的混沌電路中提取用於加密明文信息的混沌信號V和混沌同步控制信號U，然後採用卷積算法使用混沌信號V對明文信息進行加密變換形成加密變換C模塊；根據混沌同步系統自保持時間，將加密變化C模塊之後的密文信號在混沌同步系統自保持時間段內發送到接收端；然後再採用卷積算法使用混沌同步控制信號U對明文信息進行加密變換形成加密變換C模塊；根據混沌同步系統自保持時間，將加密變化C模塊之後的密文信號在混沌同步系統自保持時間段內發送到接收端，周而復之，即可在系統同步狀態下完成信息傳送；在接收端，利用接收到的混沌同步控制信號U』去驅動接收端的混沌電路，從而使得混沌系統處於同步狀態，利用接收端混沌電路產生的混沌同步信號V』，在解密變換模塊和接收到的密文信息採用反卷積算法，從而解調出明文信號。
由於混沌同步系統具有自保持特性，利用此特性，本發明採用分時發送原理，即將密文信號和混沌同步控制信號分時發送，只要密文信號發送的時間小於混沌同步系統的自保持時間，接著發送混沌同步控制信號，這樣可以保證在混沌系統保持同步的狀態下完成信息的可靠傳輸。
圖1是本發明的系統結構框圖；圖2是本發明發送端的方波信號圖；圖3是本發明信道中的密文信息圖；圖4是本發明恢復的明文信息圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
參見圖1，本發明首先在通信系統的發射端混沌電路中提取用於加密明文信息的混沌信號V和混沌同步控制信號U；加密變換C模塊採用卷積算法使用混沌信號V對明文信息進行加密；由於僅在發射端和接收端混沌電路處於同步狀態時，接收端可以解調出明文信息，而且，混沌同步控制信號和加密的密文信號都是類似白噪聲的寬頻譜信號，混沌同步系統對控制信號的要求較高，不能有較大的衰減，因此，接下來分析在保證混沌系統處於同步狀態下，如何將混沌同步控制信號U和加密的密文信息發送到接收端。
然後採用卷積算法使用混沌同步控制信號U對明文信息進行加密變換形成加密變換C模塊；根據混沌同步系統自保持時間，將加密變化C模塊之後的密文信號在混沌同步系統自保持時間段內發送到接收端，周而復之，這樣就可保證在系統同步狀態下完成信息傳送。因此採用分時發送原理將密文信號和混沌同步控制信號U分時發送，只要密文信號發送的時間小於混沌同步系統的自保持時間，接著發送混沌同步控制信號U，這樣可以保證在混沌系統保持同步的狀態下完成信息的可靠傳輸。在接收端，利用接收到的混沌同步控制信號U』去驅動接收端的混沌電路，從而使得混沌系統處於同步狀態，利用接收端混沌電路產生的混沌同步信號V』，在解密變換模塊和接收到的密文信息進行反卷積算法，從而解調出明文信號。
所謂混沌同步系統自保持特性，是指混沌同步系統當驅動信號失去後，同步系統仍能在一定時間範圍內保持同步的特性。
本發明利用混沌電路上有的魯棒性、抗幹擾等特性的驅動-響應式混沌同步系統，解決了目前如何同時在同一信道中傳輸混沌同步控制信號和密文信號的關鍵性問題，實驗證明了此方法的可行性，為混沌在保密通信的實際應用奠定了基礎。
由於混沌同步保密通信的混沌電路系統是一個三階自治系統，當系統的特徵方程有一對穩定的復共軛特徵值σ±jω(σ＜0，ω≠0)和一個不穩定的實特徵值r(r＞0)，且|σ|＜|r|時，系統存在非周期解，即意味著此電路處於自治振蕩狀態，將產生用於加密明文信息的混沌信號V和混沌同步控制信號U，在發送端將混沌同步控制信號U和加密後的密文信息一起發射到接收端，在接收端利用解調出的混沌同步控制信號U驅動接收端的混沌系統，從而使得兩個混沌系統保持同步狀態，從而恢復出有用信號。所以利用混沌系統和其它傳統通信系統一樣，系統能否正常有效的工作主要取決於有無良好的同步系統。
參見圖2，3，4，利用本發明的混沌電路同步系統的混沌同步自保持最長時間，進行硬體實驗驗證，發明人採用f0＝1kHz，的方波，其脈寬為0.5mS，進行實驗，由實驗結果中可以看到，混沌同步自保持特性在通信中的應用完全可以實現信息的保密傳輸，從圖3中可以看到，傳輸信道中的信號為混沌狀態，起到了保密的作用，竊取者無法獲取有用信息，從圖4中可以看到，接收方較好的恢復到明文信息。
權利要求
1.混沌同步自保持特性在保密通信中的應用方法，其特徵在於1)首先從通信系統發射端的混沌電路中提取用於加密明文信息的混沌信號V和混沌同步控制信號U，然後採用卷積算法使用混沌信號V對明文信息進行加密變換形成加密變換C模塊；根據混沌同步系統自保持時間，將加密變化C模塊之後的密文信號在混沌同步系統自保持時間段內發送到接收端；2)然後再採用卷積算法使用混沌同步控制信號U對明文信息進行加密變換形成加密變換C模塊；根據混沌同步系統自保持時間，將加密變化C模塊之後的密文信號在混沌同步系統自保持時間段內發送到接收端，周而復之，即可在系統同步狀態下完成信息傳送；3)在接收端，利用接收到的混沌同步控制信號U』去驅動接收端的混沌電路，從而使得混沌系統處於同步狀態，利用接收端混沌電路產生的混沌同步信號V』，在解密變換模塊和接收到的密文信息採用反卷積算法，從而解調出明文信號。
全文摘要
混沌同步自保持特性在保密通信中的應用方法，由於混沌同步系統具有自保持特性，利用此特性，本發明採用分時發送原理，即將密文信號和混沌同步控制信號分時發送，只要密文信號發送的時間小於混沌同步系統的自保持時間，接著發送混沌同步控制信號，這樣可以保證在混沌系統保持同步的狀態下完成信息的可靠傳輸。
文檔編號H04K1/02GK101051890SQ200710017890
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月18日 優先權日2007年5月18日
發明者兀旦暉, 楊帆, 譚欣 申請人:陝西科技大學