数字语音混沌保密通信系统及硬件实现

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1、数字语音混沌保密通信系统及硬件实现

2、第1研究证明逻辑映射500)this.style.ouseg(this)">可以产生大量具有均值为零、自相关为δ函数、互相关为零统计特性的优良混沌序列，因而可作为理想的密码序列，应用于语音信号的保密传输。要实现逻辑映射的数字化，一种方法是采用浮点运算。实际运算表明，浮点单精度（32bit）的运算结果脱离了混沌态，浮点双精度（64bit)的运算结果与理论接近。但在实际应用中，64bit浮点双精度运算需要内存空间大，运算速度慢，而且不利于数字硬件实现。下面我们把逻辑映射的迭代过程由浮点运算变换为定点运算。我们日常生活中普遍使用的十进制小数同计算

3、机中使用的二进制存在如下关系：500)this.style.ouseg(this)">其中ｘｉ＝０或１。对（２）式右边进行变换：500)this.style.ouseg(this)">其中：，500)this.style.ouseg(this)">从（３）式可知，Ｘ为一十进制整数，它是由一个十进制小数映射而来，而十进制整数在计算机中可用定点整数形式来表示。　　数字语音混沌保密通信系统及硬件实现

4、第1研究证明逻辑映射500)this.style.ouseg(this)">可以产生大量具有均值为零、自相关为δ函数、互相关为零统计特性的优良混沌序列，因而可作为理想的密码序列，应用

5、于语音信号的保密传输。要实现逻辑映射的数字化，一种方法是采用浮点运算。实际运算表明，浮点单精度（32bit）的运算结果脱离了混沌态，浮点双精度（64bit)的运算结果与理论接近。但在实际应用中，64bit浮点双精度运算需要内存空间大，运算速度慢，而且不利于数字硬件实现。下面我们把逻辑映射的迭代过程由浮点运算变换为定点运算。我们日常生活中普遍使用的十进制小数同计算机中使用的二进制存在如下关系：500)this.style.ouseg(this)">其中ｘｉ＝０或１。对（２）式右边进行变换：500)this.style.ouseg(this)">其中：，500)this.sty

6、le.ouseg(this)">从（３）式可知，Ｘ为一十进制整数，它是由一个十进制小数映射而来，而十进制整数在计算机中可用定点整数形式来表示。我们将（３）式代入逻辑映射（１）可得：500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">对（４ａ）式作进一步简化：500)this.style.ouseg(this)">这就是逻辑映射的整数表达式。在即将发表的另一篇文章中，对L为64位、32位和16位分别进行了计算机编程模拟，证明当L=32时，式（５）产生的序列仍然处于混沌态（而同样32bit条件下，采用浮点运算得不到混沌序

7、列）。当L=16时，式（５）产生的序列已经脱离了混沌态，但经过一定的非线性变换仍可产生混沌序列，对式（５）进行微小的改动（即非线性变换）为：500)this.style.ouseg(this)">其中Xn=（XnH）（XnL），500)this.style.ouseg(this)">（XnH），即500)this.style.ouseg(this)">为Xn的高低字节互换后的16位二进制数。取L=16比特根据式（６）产生数字混沌序列的流程图如图１所示。因此整数运算优于浮点运算，它降低了对计算精度的要求。产生L比特输出，只需运算L×L比特定点运算，加快了计算速度，从而减低了对硬件

8、电路的要求。２数字语音混沌通信系统我们利用上述数字混沌序列作为密码构建了一个有混沌加密装置的语音数字通信系统（系统框图如图２）发送端加密过程为：500)this.style.ouseg(this)">其中Usn为发送端的语音信号，Xsn为发送端的混沌编码序列，Ysn为发送端的混沌加密信号，为逐位模二加计算符。接受端解密过程为加密过程的逆运算：500)this.style.ouseg(this)">其中，Yrn为接收到的加密信号，Sn为信道的接收噪声，Urn为解密输出。显然，当通道噪声为零，收发双方采用相同的混沌系统（相同初条件的逻辑映射整数表达式（６））产生的编码序列进行

9、加解密，即Sn=0Xrn=Xsn时，就有Urn=Usn。从而实现误码率为零的数字语音混沌保密通信。３硬件实现我们运用单片机实现了上述数字语音混沌通信系统。单片微型计算机是微型计算机发展中的一个重要分支，它具有体积小、功能扩展性强、环境适应性强等独特结构和性能。用单片机实现数字语音混沌保密通信系统可以满足保密通信的隐蔽性、灵活性、保密性等要求。我们运用8031单片机设计的数字语音混沌通信系统硬件结构图如图3所示。在发送系统中，从话筒输入的语音信号经过4066芯片采样保持，根据人类语音的频谱成