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混沌保密通信中的同步技术研究

王波  
【摘要】: 随着科学技术的发展,人类社会已经进入信息时代。人们在享受信息技术带来巨大变革和便利的同时,也承受着信息篡改、信息泄露和信息伪造带来的诸多问题。如何实现信息的保密通信成为人们关心的问题。目前经典的密码学已被广泛深入地学习,许多破解密文恢复明文的方法已被公布,人们试图寻找一种新的保密通信机制更好地解决通信安全问题。混沌信号由于自身所具有的独特性质,特别适于保密通信中的应用。如今,混沌保密通信已成为保密通信领域最新的研究方向之一,受到人们极大关注。混沌保密通信的核心技术是混沌同步,相应的研究为混沌保密通信得以更好实现提供了技术支持,本文研究工作及取得的研究成果如下: 1.基于Backstepping设计方法,利用该方法能够结构化、系统化构造李亚普诺夫函数的特点,对一类混沌系统的同步问题进行了研究。首先采用递归的设计思想,逐步构造一系列李亚普诺夫函数,然后设计出相应的同步驱动器,最终实现了混沌同步。所给方法提供了一种结构化、系统化混沌同步设计思路,具有较大的适用性。 2.基于常规的滑模设计方法对混沌同步驱动器进行设计,使得同步误差的状态轨迹运动到、并保持在构造出的滑模面上。由于构造出的滑模面具有对系统参数的变化、以及对外界满足参数匹配条件的扰动,极不敏感的优良特性,因此该设计方法能够较好地实现处于扰动不确定状态主从系统的混沌同步,但是抖动问题的存在将会影响到其同步性能。所以紧接着给出动态滑模设计方法,很好解决了这个问题,相应的数值仿真结果很好说明了该设计方法的优越性。 3.基于神经网络方法对混沌同步驱动器进行设计。虽然神经网络具有强大的非线性函数逼近能力,但是存在复杂度与其逼近性能之间的矛盾,结构简单的神经网络驱动器独自往往难以很好地实现混沌同步,多种驱动器共存的混合设计方法将更具竞争性。因此,本文紧接着给出一种混合设计方法,构造主同步驱动器用以实现理想状态主从系统的混沌同步,构造神经网络辅助驱动器对动态同步误差进行补偿用以提高跟踪精度,两者相互配合共同实现了处于扰动不确定状态主从系统的混沌同步,相应的数值仿真结果很好说明了该设计方法的优越性。 4.基于脉冲设计方法对一种超混沌系统的同步问题进行了研究。首先对主从混沌系统的脉冲同步可实现条件进行了分析,然后设计出一系列时间点上的间歇性同步脉冲,驱动从系统实现了混沌同步。由于该方法产生的同步脉冲信号信息量小,有助于系统安全性能的提高,十分适于保密通信中的应用。 5.基于自适应设计方法,利用该方法对同步驱动器进行设计时可不需要系统参数信息的特点,对一种超混沌系统的同步问题进行了研究。首先,基于常规的多维驱动信号自适应方法对混沌同步驱动器进行设计;然后,基于单维驱动信号自适应方法对混沌同步驱动器进行设计;最后,对两种自适应混沌同步设计方法进行了比较和分析,为系统参数信息无法取得情况下混沌同步的实现,提供了有效解决方法。 6.基于混沌同步技术给出一种混沌保密通信方案。该方案采用双信道信息传输技术,提高了方案的安全性能;另外采用数字键控技术,增强了方案的抗干扰性能,相应的理论分析及数值仿真结果很好说明了所给混沌保密通信方案的可行性;然后,对处于噪声干扰状态的一种经典混沌保密通信方案和本文所给混沌保密通信方案进行了比较和分析,相应的数值仿真结果很好说明了本文所给混沌保密通信方案的优越性,具有一定的工程实用价值。


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