混沌同步控制理论及其在信息加密中的应用研究

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1、中南大学博士学位论文摘要为了驾驭混沌，本文融合混沌动力学、先进控制理论、现代密码学和现代通信技术的新成果，采用理论分析、数值仿真和实验研究相结合的研究方法，对混沌同步控制方法、同步性能及其在信息加密中的应用进行了广泛和深入的研究。首先回顾了混沌理论与应用研究的发展历程，特别是混沌保密通信的研究现状；对混沌同步方法的研究进行了全面综述，总结了混沌同步研究中的热点问题：对基于混沌同步原理的混沌保密通信技术和混沌加密技术的研究现状和特点进行了归纳，明确了论文的主攻方向。论文研究了基于7acobi矩阵Q

2、R分解的Lyapunov指数计算算法原理；采用Mat]ab6．5软件平台，设计了基于该算法的Lyapunov指数计算程序，该方法不仅能够精确求解非线性动力学系统的Lyapunov指数谱和分数维，而且能计算同步系统的条件Lyapunov指数；分析了迭代次数、计算步长、解法器和初值等因素对计算精度的影响。为混沌同步控制研究奠定了理论和技术基础。为了指导混沌同步的深入研究和提高系统的同步性能，系统地提出了混沌同步系统的七大性能指标，讨论了控制器参数与同步性能之间的关系；设计了一种能实现一般连续混沌系统

3、和超混沌系统同步的多变量驱动误差反馈控制器；研究了离散混沌系统的线性和非线性同步控制问题，导出了离散混沌系统的同步条件。基于Matlab／Simulink的数值仿真证明了误差反馈控制同步方法的有效性和对同步性能讨论的正确性。基于Lyapunov稳定性理论和Pecora—Carroll渐近同步原理，采用自适应同步控制策略，分别在确定参数和不确定参数情况下，研究了统一混沌系统的同步控制问题；提出了基于统一混沌系统的混沌键控(CsK)数字保密通信方案，接收端采用相干解调方式恢复信息。理论分析和数值仿真

4、表明系统具有很好保密性能和抗干扰性能。在比较了混沌系统与传统密码算法之间的对应关系的基础上；提出了安全混沌概念和混沌的安全性充分条件；分析了混沌序列加密的基本原理。讨论了Logistic混沌映射的统计特性，设计了基于Logistic中南大学博士学位论文摘要混沌序列的数据加密模型和加密算法，采用模块化设计方法和多线程技术，在微软公司VS．Net开发平台上，开发了一个基于该算法的混沌加密软件，实现了文本、数据、图像等静态文件的信息加密。为了实现语音信号的网络加密传输，提出了实现混沌系统网络同步的“等

5、间距驱动同步”方法；设计了一种基于混沌映射与3DES加密算法相结合的实时数据流加密方案；在自适应通信环境(ACE)平台上，采用实时传输协议(RTP／RTCP)，实现了网络语音信号的实时加密传输。系统具有加密速度快、加密延时小、抗破译能力强等特点。可用于安全性要求很高的场合，如军事通信等。关键词混沌系统，同步控制，统一混沌系统，混沌密码学，保密通信中南火学博十学位论文ABSTRACTInordertocontrolchaos，chaoticsynchronizationcontrolmethods

6、anditsapplicationinthefieldofinformationencryptionarestudiedbymergingthelatestachievementsfromchaoticdynamics，advancedcontroltheory,modemcryptologyandmodemcommunicationtechnologies．Somemethods，suchastheoryanalysis，numericalsimulationandexperimentrese

7、arch，areemployedinthisresearch．Thedevelopinghistoryofchaostheoryanditsapplication，especiallythepresentresearchesonchaoticsecuritycommunication，arereviewed．Theresearchesonchaoticsynchronizationandpresentpopulartopicsarediscussedwidely．Thefeaturesofcha

8、oticsecuritycommunicationandchaoticencryptionbasedonsynchronizationareconcluded．Finally,aclearstudydirectionisgivenoutinchapter1．BasedontheQRdecomposeofJacobimatrix，theprincipleofcomputingLyapunovExponents(LE)algorithmisstudied，andanewcalculateprogra