牛顿变换M-J集与多混沌加密的研究

论文摘要

非线性理论包含三个非常重要的概念:分形、混沌和孤子,同这三个概念相对应的理论共同构成了非线性这门学科的理论基础。本文讨论了分形学中具有重要的意义的牛顿（Newton）迭代M-J集的建模与表示、基于轨道技术的伪3D分形渲染,以及非线性理论中具有实用性的多混沌伪随机序列密码发生算法。 牛顿迭代是求解方程中一种非常重要的方法,它不仅仅在实空间和复空间都适用,而且在单根的附近还能达到较高的收敛速度。但是在多重根附近,牛顿迭代会退化到接近线性状态。在实际的应用过程中人们往往根据需要对该方法采取一些变形。文中对牛顿迭代及其相关方法的分形几何集进行构建,将动态参数和异步用于牛顿迭代,构造并研究了广义牛顿变换的J集。通过分形几何确立了误差影响的关系,动态参数对迭代的影响,发现三阶简化牛顿法的了集中含有经典M集结构,重根吸引域的敏感依赖性,松弛牛顿变换的了集中不存在单根吸引域,并由J集的对称性确立了变参对迭代的影响。对于在这一领域的深入研究起着一定的推动作用。这些成果被《Applied Mathematics and Computation》、《数学研究与评论》和《工程图学学报》录用。 接下来将轨道技术渲染技术与牛顿法结合起来,推广了Pickover和Carlson的陷阱技术,按轨道形态进行分类,构造了更具有广泛意义多项式的牛顿变换伪3D M集。得到了M集中都存在着由“坏点”组成的经典M集,M-J集中存在具有伪3D效果且与对应陷阱单元形状相近的大小不同的彩色元素并具有自相似特征等结果。此部分成果发表在《计算机辅助设计与图形学学报》上。 传统的单混沌动力学系统可能出现性能退化缺陷,多混沌已经成为引人注目的方法。本文结合现有的多混沌系统提出了开关混沌系统伪随机比特发生器来产生密钥流。利用这种方法可以获得更好的随机性,使系统更加安全,并且在硬件允许的环境下进行并行计算可以极大地提高加密速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 分形和混沌理论及其相关问题概述
• 1.1 分形理论的概述
• 1.1.1 分形的发展与应用
• 1.1.2 什么是分形
• 1.2 复迭代系统分形的建模
• 1.2.1 M-J集
• 1.2.2 构造M-J集图形的逃逸时间算法
• 1.3 混沌理论
• 1.3.1 混沌的产生与发展
• 1.3.2 什么是混沌及产生机理
• 1.3.3 混沌在流密码中的应用
• 1.4 分形与混沌的关系
• 1.5 本章小结
• 2 三阶广义牛顿变换的Julia集
• 2.1 Newton迭代与M-J分形集
• 2.2 Newton迭代及其推广形式的Julia集
• 2.2.1 牛顿迭代及其简化法
• 2.2.2 牛顿下降法
• 2.2.3 正切法Julia集及误差分析
• 2.2.4 Richardson外推法及误差分析
• 2.3 动态参数法
• 2.4 异步牛顿迭代
• 2.5 本章小结
• 3 重根Newton变换的Julia集
• 3.1 重根方程下的松弛技术
• 3.2 重根牛顿法
• 3.3 重根状态下的Julia集分析
• 3.3.1 三种牛顿变换的Julia集
• 3.3.2 计算误差对三种方法的影响
• 3.4 本章小结
• 4 基于轨道的伪3D牛顿变换的M-J集
• 4.1 牛顿变换M集的构建方法
• 4.2 轨道陷阱伪3D渲染技术
• 4.3 伪3D牛顿M-J集
• 4.3.1 正实数阶
• 4.3.2 α和β为正小数
• 4.4 本章小结
• 5 基于SCC-PRBG的数字加密
• 5.1 SCC-PRBG密钥流
• 5.1.1 选择开关
• 5.1.2 置换开关
• 5.2 性能分析
• 5.3 实验结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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