基于数字混沌编码算法的混沌保密通信系统

摘要

基于数字混沌编码算法的数字混沌保密通信系统，包括：1）、信息发送端A和信息接收端B进行通信的信道，2）、与信道连接的用于产生混沌数字数码的数字混沌网络，从该数字混沌网络所产生的数码中按选取一定长度的混沌数码经混沌编码的密码生成函数g₁转变成混沌密码k₁(t)，k₁(t)=g₁(X,p)，数字混沌网络具有如下特征：（1）具有相同的拓扑和动力学结构，受共同信号驱动且二者处于混沌同步态，数字混沌网络包括复杂混沌网络，复杂混沌网络是任意拓扑结构，包括正规网络，随机网络，小世界网络，标度自由网络和模块网络；（2）信息发送端A用于产生混沌数字数码的复杂混沌网络动力学方程由微分动力学方程描写。

主权项

基于数字混沌编码算法的数字混沌保密通信系统，其特征是包括如下步骤：1)信息发送端A和信息接收端B进行通信的信道；2)与信道连接的用于产生混沌数字数码的数字混沌网络，从该数字混沌网络所产生的数码中选取一定长度的混沌数码经密码生成函数g₁转变成第一混沌密码k₁(t)，k₁(t)＝g₁(X,p)，其中X为从数字混沌网络中选取的混沌数码，p为t时刻从数字混沌网络所选数码长度；信息发送端A将要在信道中传输的数字信息M(t)由密码k₁经加密函数F_i加密变成密文C(t)以在所述信道中传输：C(t)＝F_i[M(t),k₁(t)]；信息发送方和接收方各有数字混沌网络分别用于混沌加密和混沌解密，一方的加密或解密密码用不同混沌网络；加密函数F_i(i＝1,2)满足F_iF_i^‑1＝I；数字信息M(t)经加密函数F_i运算变成的密文C(t)经信道传输；信道含数字复接器、调制器、解调器、数字分接器及其它数字信号处理器；传输到接收端后经反函数F_i^‑1运算由混沌同步解密获得传送数字信息M(t)；信息接收端B从所述信道中接收到密文C(t)，然后将密文C(t)由混沌密码k′₁(t)经混沌解密函数F_i^‑1解密：M′(t)＝F_i^‑1[C(t),k′₁(t)]＝M(t)；混沌密码k′₁(t)由信息接收端混沌密码产生系统产生，该密码产生系统由产生数码的并与所述信道相连的数字混沌网络及密码生成函数g₁构成，g₁将与接收端相同的方式从数字混沌网络选取的数码变成混沌密码：k′₁(t‑τ)＝g₁[Y(t‑τ),p]，其中Y为信息接收端混沌网络所产生的数字数码，p为t时刻从数字混沌网络所选数码长度,且信息接收端的混沌密码k′₁与信息发送端的混沌密码k₁混沌同步：$\underset{t\to \infty }{\lim }[k_1^{\prime }(t-\tau )-k_1\left(t\right)]\to 0;$信息发送端A与所述信道相连的数字混沌网络与信息接收端B与所述信道相连的数字混沌网络具有如下特征：(1)具有相同的拓扑和动力学结构，受共同信号驱动且二者处于混沌同步态，数字混沌网络可由单个或多个网络上混沌振子构成，混沌振子节点i的选取要使数字混沌网络形成复杂斑图混沌动力学，即时空混沌动力学，在保证二网络斑图混沌动力学同步的条件下，数字混沌网络包括复杂混沌网络，复杂混沌网络是任意拓扑结构，包括正规网络，随机网络，小世界网络，标度自由网络和模块网络；(2)信息发送端A用于产生混沌数字数码的数字混沌网络动力学方程由微分动力学方程描写,$\stackrel{·}{x_i}=f_i(x_i,a_i)+\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{G}_{ij}{H}_j\left(x_j\right)+\underset{j}{\Sigma }{\alpha }_{ij}{h}_j[D\left(C_A\right),x_j]$或由迭代动力学方程描写,$x_l^{n+1}=g_l(x_l^n,b_l)+\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}{U}_{lk}{W}_k(x_k^n,x_l)+\underset{k}{\Sigma }{\beta }_{lk}{w}_k[D\left(C_A\right),x_k^n]$或由微分动力学方程和迭代动力学方程共同描写，$\stackrel{·}{z_i}=f_i(z_i,a_i)+\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{G}_{ij}{H}_j(z_j,x_j^n)+\underset{j}{\Sigma }{\alpha }_{ij}{h}_j[D\left(C_A\right),z_j,x_j^n]$$x_l^{n+1}=g_l(x_l^n,b_l)+\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}{U}_{lk}{W}_k(x_k^n,x_l)+\underset{k}{\Sigma }{\beta }_{lk}{w}_k[D\left(C_A\right),x_k^n,z_k]$其中:$\stackrel{·}{z_i}=f_i(z_i,a_i),z_i\in R^{m_i},f_i:R^{m_i}\to R^{m_i},H_i:R^{m_i}\to R^{m_i}$$x_l^{n+1}=g_l(x_l^n,b_l),x_l^n\in R^{m_l},g_l:R^{m_l}\to R^{m_l},W_l:R^{m_l}\to R^{m_l}$是第i及第l个网络节点的孤立振子m_i维混沌动力学方程、是非耦合方程；动力学变量x_i上面的一点表示x_i对时间的微分，a_i及b_l是孤立振子方程的动力学参数，H_j及W_k是数字混沌网络节点间的耦合函数，G_ij及U_lk是节点间的耦合矩阵元，h_j及w_k是数字混沌网络的驱动函数，共同驱动函数D(C_A)是传送密文C_A的函数，微分动力学方程中的密文C_A是信道中传输的密文,α_ij及β_lk是耦合系数,数字网络混沌节点的数目n≥1,信息接收端B的数字混沌网络动力学方程与信息发送端A的数字混沌网络动力学方程完全相同；(3)信息发送端A及信息接收端B与所述信道相连的数字混沌网络设有将上述方程数字化的模块，(4)在(3)中信息发送端A与所述信道相连的数字混沌网络与信息接收端B与所述信道相连的数字混沌网络是数字电子混沌网络，数字电子混沌网络由逻辑芯片FPGA上实现或由数字信号处理器DSP上实现；或由计算机程序实现；(5)数字混沌网络任意两节点i及j间的耦合是两节点变量x_i和x_j的直接耦合，或选取第i节点变量x_i的部分数码与第j节点变量x_j的部分数码进行耦合；在数字混沌网络的耦合中全部采取这种数码耦合或部分变量采取这种数码耦合；(6)在(5)中，对x_i和x_j选取的数码进行编码后再耦合，数字混沌网络全部或部分采用这种编码耦合。