基于混沌的隨機(jī)序列發(fā)生器設(shè)計(jì)及其應(yīng)用.pdf

1、在現(xiàn)代工程實(shí)踐中，隨機(jī)序列廣泛地應(yīng)用于信息安全、數(shù)字通信、雷達(dá)、密碼學(xué)、自動(dòng)控制、聲學(xué)和光學(xué)測(cè)量以及數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障檢測(cè)等領(lǐng)域中。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)隨機(jī)序列發(fā)生器提出了更高的要求，如何產(chǎn)生高質(zhì)量、高性能的隨機(jī)序列成為國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者廣泛關(guān)注的熱門課題。 混沌是非線性動(dòng)力系統(tǒng)中一種始終限于有限區(qū)域且軌道永不重復(fù)、性態(tài)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。由于混沌系統(tǒng)具有對(duì)初始狀態(tài)和控制參數(shù)的極端敏感性以及寬頻譜、類隨機(jī)等主要特性，這為產(chǎn)生高性

2、能的隨機(jī)序列提供很好的研究模型。本文利用混沌來設(shè)計(jì)隨機(jī)序列發(fā)生器，并對(duì)其進(jìn)行了較為深入的研究，主要研究?jī)?nèi)容包括： 1. 歸納了隨機(jī)序列的產(chǎn)生方法及發(fā)展過程，簡(jiǎn)單分析常見的隨機(jī)序列產(chǎn)生方法的優(yōu)缺點(diǎn)。介紹混沌的基本概念，并分析混沌序列與隨機(jī)序列之間的聯(lián)系與區(qū)別，表明混沌系統(tǒng)是天然的性能優(yōu)良的隨機(jī)序列發(fā)生器研究模型。 2. 對(duì)簡(jiǎn)單的一維Logistic混沌映射進(jìn)行理論分析，針對(duì)其存在密鑰少，不安全，易攻破的缺點(diǎn)，提出一種基于雙

3、Logistic映射模型產(chǎn)生二值隨機(jī)序列的方法，并通過隨機(jī)性能測(cè)試分析，表明此方法能得到性能良好的隨機(jī)序列。采用VHDL語言編程完成其在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA數(shù)字硬件上的設(shè)計(jì)，其數(shù)字硬件設(shè)計(jì)具有簡(jiǎn)單方便、穩(wěn)定可靠、速度快等優(yōu)點(diǎn)。最后嘗試在二值圖像加密上的應(yīng)用，并簡(jiǎn)單分析安全性。 3. 對(duì)復(fù)雜的三維連續(xù)混沌系統(tǒng)——Chen混沌系統(tǒng)的輸出序列進(jìn)行較詳細(xì)的時(shí)、頻分析，針對(duì)其固有時(shí)頻缺陷進(jìn)行算法上處理和改進(jìn)，克服了產(chǎn)生混沌序列的有限精

4、度問題，能夠產(chǎn)生出高質(zhì)量的隨機(jī)序列。利用Xilinx公司推出的新型設(shè)計(jì)工具——System Generator進(jìn)行基于Chen系統(tǒng)的隨機(jī)序列發(fā)生器的FPGA數(shù)字化硬件設(shè)計(jì)，該方法大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，設(shè)計(jì)靈活，操作簡(jiǎn)單方便，硬件電路穩(wěn)定可靠。以圖像加密為例，分析其安全性，驗(yàn)證了該隨機(jī)序列具有密鑰空間大、保密性增強(qiáng)、抗預(yù)測(cè)性好等優(yōu)點(diǎn)。 4. 因超混沌至少有兩個(gè)正的李雅譜諾夫指數(shù)，使得其動(dòng)力學(xué)行為十分復(fù)雜，隨機(jī)性很強(qiáng)，所以利用它