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混沌是由确定性系统产生,具有貌似随机、长期不可预测的非周期性动力学行为。至今为止已经在物理、生物、化学等许多科学邻域发现了混沌现象的存在,混沌理论和应用的研究越来越引起国际学术界的广泛关注,成为一个研究热点。
上世纪九十年代初发展起来的混沌保密通信技术,将混沌信号本身固有的内秉随机性、高度复杂性、长期不可预测性等特性与传统通信系统相结合起来,可以使保密通信系统具有很强的抗破解能力和长期不可预测等许多优点。美国、德国、日本等许多国家都制定了针对混沌应用研究的发展计划,期望能研制出高度保密的混沌通信系统,来满足现代化战争对军事通信严格保密的需要。
该文系混沌加密技术与常规加密技术结合而成的链式加密体系的研究,并使之应用到Internet上,实现对图像传输的保密通信;对混沌信号发生器进行实验与计算机仿真研究,对其产生的信号特性分析研究。
该文首先在第二章回顾了混沌密码学涉及到的各种混沌同步方法、混沌调制技术方案,为后面的混沌加密系统研究提供混沌理论及相关技术基础。混沌密码学加密的基本原理就是利用混沌信号的类随机行为和对初始条件极端敏感特性,构造出一种明文和密钥都包括在初始条件中的加密系统。接收方用混沌同步的方法将明文提取出来实现解密。
第三章简单介绍了常规密码学、网络通信加密的基本概念和基本技术,为后续章节的有关的图像加密系统研究提供一些基础知识,内容包括常用的密码学专用术语、常规的加密技术手段以及攻击方法等的概念和方法。
第四章利用混沌保密通信系统的原理,将混沌保密通信系统与常规加密技术相结合,设计了一种基于混沌掩盖加密技术和标准密码体制(DES)结合而成的图像保密通信系统,并对其进行了技术的置换和改进。理论上利用这种链式加密体系构成的图像保密通信系统,比任意一种加密技术单独使用时的保密性能好,两者优势互补,缺点彼此得到抑制。实验结果也表明:该链式加密系统加密图像效果和直观观察其图像恢复效果较好。
第五章对混沌信号发生器进行实验与计算机的仿真研究主要分两类,一是先通过电路仿真软件EWB对混沌信号发生器进行模拟仿真,再搭建实际电路进行硬件实验研究;二是使用Matlab和Simulink强大的交互式仿真集成环境,构建混沌信号发生器,观察各种混沌吸引子形状,并得到可以直接应用在通信系统的实时混沌信号。最后对混沌信号的自相关、互相关和功率谱的特性进行了分析研究,将其与噪声信号的统计特性进行对比,仿真结果表明:混沌信号具有良好的相关特性和类噪声特性,在应用上可借鉴噪声和伪随机信号使用。