混沌伪随机序列发生器设计及应用

论文摘要

混沌是一种普遍存在的、具有确定性和类随机性的非线性动力系统。由于混沌动力系统对初始条件和混沌参数的极端敏感性,而能产生大量的非周期、连续宽带频谱、似噪声且确定可再生的混沌信号,因而特别适用于随机数发生器的研究。本文围绕混沌随机数发生器的设计及其在现代通信领域中的应用这一课题,进行了较为广泛深入的研究。本文首先从多个方面对混沌理论基础作了详细的论述。叙述了混沌的定义,描述了混沌运动的特征,并介绍了各种常见的混沌模型和混沌研究所需的判据与准则,对混沌的噪声特性进行了分析研究,发现混沌与随机噪声有本质区别,但是混沌有类似随机噪声的自相关函数和功率谱,可以将混沌近似地视为随机噪声。其次研究随机序列基础理论,讨论了随机序列的多种产生方法,并且分析随机序列和混沌序列之间的关系和区别。在混沌序列理论的基础上,对混沌序列的量化方法进行了研究分析。本文的创新点在于从经典离散混沌模型Logistic出发,对其进行了改进,并且基于改进的Logistic映射产生一个双混沌系统的混沌伪随机序列,对其进行量化处理变换为二值序列,对该序列进行分析测试,检验其随机性能。再应用VHDL语言对混沌电路进行设计、仿真及测试,并将其应用在信息安全与保密通信当中。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混沌加密技术在信息安全中的研究现状及热点
• 1.3 国内外同类课题研究现状及发展趋势
• 1.4 本文的主要研究内容
• 1.5 本文的结构安排
• 第2章 混沌理论基础
• 2.1 混沌的定义与特征
• 2.1.1 混沌的定义
• 2.1.2 混沌运动的特征
• 2.1.3 与混沌相关的几个概念
• 2.2 混沌的定性与定量分析
• 2.2.1 定性分析法
• 2.2.2 定量分析法
• 2.3 典型的混沌模型
• 2.3.1 虫口模型——Logistic 映射
• 2.3.2 大气对流模型——Lorenz 模型
• 2.3.3 其他混沌经典模型
• 2.4 混沌的噪声特性分析
• 2.5 混沌加密的常用方法
• 2.5.1 连续流混沌保密通信
• 2.5.2 数字流混沌保密通信
• 2.5.3 数字混沌保密通信
• 2.6 本章小结
• 第3章 随机序列和混沌序列
• 3.1 随机序列
• 3.1.1 随机序列的基本概念
• 3.1.2 随机序列的统计检验
• 3.1.3 随机序列的产生方法及其优缺点
• 3.2 混沌序列的描述
• 3.2.1 混沌序列定义
• 3.2.2 混沌序列的基本特征
• 3.2.3 混沌序列与随机序列的联系与区别
• 3.3 混沌序列量化及其有限精度效应
• 3.3.1 混沌序列量化技术
• 3.3.2 有限精度效应
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于混沌系统的随机序列发生器设计及应用
• 4.1 一维 Logistic 映射的理论分析
• 4.1.1 Logistic 映射的基础理论
• 4.1.2 对于一维Logistic 模型的改进
• 4.2 基于双 Logistic 映射产生随机序列的方法
• 4.3 随机性能测试分析
• 4.4 混合混沌序列加密模块的设计
• 4.4.1 模块设计思想
• 4.4.2 混合混沌序列加密模块
• 4.5 混合混沌加密模块性能的理论分析
• 4.5.1 混合混沌序列的初值敏感性
• 4.5.2 混合混沌序列的周期
• 4.6 随机序列发生器的FPGA 数字硬件设计
• 4.7 图像加密应用
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢