基于FPGA平台的混沌保密通信以太网传输技术

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混沌是非线性系统所特有的一种非周期运动形式,是确定性系统的一种随机性行为。混沌系统具有内在随机性、对初始值和系统参数高度敏感性等特性,使其具备一个优良加密系统所应有的特性,又由于混沌同步的实现,使得将混沌系统运用到实际工程的加密成为可能。混沌保密通信已经成为了当今社会的前沿课题和研究热点,有着非常重要的理论和实际意义。  基于混沌的优良加密特性,本文主要提出了一种基于定点算法的通用混沌序列发生器的FPGA实现方法,并在此基础上提出了一种使用混沌系统对字节数据进行加密的方案,再进一步设计了基于FPGA的混沌保密通信以太网传输系统。  本文主要研究内容包括:  1.基于定点算法的通用混沌信号发生器的FPGA实现方法。为了提高算法的运算速度和节省FPGA的资源,我们提出了一种基于定点算法的通用混沌序列产生的方案,对于任意给定的混沌方程,都能根据该方法设计出对应的数字系统。该方案将混沌方程的算法划分为非线性函数运算、迭代运算、迭代输出值右移及向上取整、混沌序列输出四个步骤,并通过状态机来控制算法中的每一个步骤,有效地在FPGA上产生混沌序列。  2.混沌加密模块的实现方法。根据通用混沌信号发生器的定点算法,设计了六维离散时间混沌序列发生器及其对应的加密模块,文中详细地说明了其实现过程。  3.基于FPGA的混沌保密通信以太网传输系统的整体方案。我们将已经实现了的六维离散时间混沌序列加密模块应用于以太网保密通信,设计了混沌保密通信的以太网传输系统,将系统划分为接收端和发送端两部分。其中,接收端由FIFO模块、以太网通信模块、加密模块组成;发送端由FIFO模块、以太网通信模块和解密模块组成。我们使用乒乓操作确保在发送端数据的加密与以太网帧的发送互不冲突,在接收端数据的解密和以太网帧的接收都互不影响。文中阐述了各个模块的功能和相互间的联系。  4.基于FPGA的以太网通信模块的具体实现方案。为了提高传输速度,在TCP/I P协议簇中选择了UDP协议,使我们的方案能适用于视频信号的传输,为实现实时视频以太网通信系统打好了基础。在该模块中,我们釆用的以太网通信协议包括UDP/IP协议、ARP协议和ICMP协议。  5.以太网通信模块功能的验证方案。先分析以太网通信模块涉及的功能,制定验证流程,并根据各个功能针对性地制定了详细的验证方案,再进行验证。实验结果表明,以太网通信模块能正常工作。
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