本發(fā)明涉及混沌系統(tǒng)和保密通信領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于憶阻混沌系統(tǒng)的保密通信方法。
背景技術(shù)：
：混沌現(xiàn)象是確定性系統(tǒng)中貌似不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，混沌特性的系統(tǒng)具有復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性，其產(chǎn)生的混沌信號(hào)不可重復(fù)、不可預(yù)測(cè)性?；煦绗F(xiàn)象在物理、化學(xué)、信息科學(xué)、氣象學(xué)等學(xué)科中已經(jīng)得到廣泛的研究，而混沌系統(tǒng)應(yīng)用保密通信的巨大前景，吸引了越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。1971年，加州大學(xué)伯克利分校的華裔科學(xué)家蔡少棠從理論上預(yù)測(cè)出第四種基本電子元件-憶阻器，該器件描述了電荷和磁通量關(guān)系的器件，由于當(dāng)時(shí)現(xiàn)實(shí)條件的限制，沒(méi)有能夠制造出憶阻這種器件。2008年，惠普公司的實(shí)驗(yàn)室研制出了憶阻器，之后眾多學(xué)者開始將憶阻應(yīng)用于各種電路設(shè)計(jì)中。有學(xué)者采用不同類型的憶阻器代替蔡氏混沌系統(tǒng)中的蔡氏二極管，構(gòu)成新類型的四維憶阻混沌系統(tǒng)，由于憶阻器本身就是一個(gè)非線性的兩端電子元件，所以由憶阻器構(gòu)成的憶阻混沌系統(tǒng)能夠表現(xiàn)出復(fù)雜的混沌特性，這種特性適合應(yīng)用于保密通信。目前，有許多利用不同混沌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保密通信的方案，但這些方案主要是基于二維混沌系統(tǒng)或三維混沌系統(tǒng)，并且已有學(xué)者給出相應(yīng)的破解保密通信方法，在安全性方面難以保證，容易受到攻擊。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述三維混沌系統(tǒng)在保密通信中的不足，基于憶阻混沌系統(tǒng)提出一種單路傳送信號(hào)的保密通信方案，從而可以明顯提高保密通信性能。本發(fā)明采用的技術(shù)方案包含如下步驟：(1)四維憶阻混沌系統(tǒng)的描述a.建立憶阻混沌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；b.建立憶阻混沌響應(yīng)系統(tǒng)；(2)同步控制器的設(shè)計(jì)a.構(gòu)建誤差系統(tǒng)；b.設(shè)計(jì)同步控制器；(3)保密通信方案的實(shí)現(xiàn)：a.發(fā)送端：將明文信號(hào)與自適應(yīng)跟蹤信號(hào)引入憶阻混沌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并產(chǎn)生混沌信號(hào)，將混沌信號(hào)與明文信號(hào)疊加產(chǎn)生加密的發(fā)送信號(hào)傳輸給 接收端。b.接收端：將接收到的發(fā)送信號(hào)引入憶阻混沌響應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的混沌信號(hào)，然后聯(lián)合該混沌信號(hào)和接收到的發(fā)送信號(hào)獲得解密的明文信號(hào)。本發(fā)明首次提供了一種基于憶阻混沌系統(tǒng)的保密通信方法，使得在提高信號(hào)傳輸保密性的同時(shí)只需通過(guò)單線進(jìn)行傳輸，與現(xiàn)有技術(shù)相比存在以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明采用可通過(guò)模擬電路實(shí)現(xiàn)的四維混沌憶阻系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)保密通信方案，具有實(shí)際意義。(2)本發(fā)明利用的混沌憶阻系統(tǒng)維數(shù)較高，更難破解。(3)本發(fā)明所提出的方案?jìng)鬏斶^(guò)程中只需要一個(gè)傳輸信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)，物理實(shí)現(xiàn)更方便。(4)本發(fā)明所提出的方案可應(yīng)用到聲音、文字、圖像等信號(hào)的傳輸中，具有普適性。附圖說(shuō)明圖1是基于本發(fā)明方法的總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例中明文信號(hào)m(t)的時(shí)間響應(yīng)曲線。圖3是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)送端加密后的發(fā)送信號(hào)s(t)的時(shí)間響應(yīng)曲線。圖4是本發(fā)明實(shí)施例中明文信號(hào)m(t)和接收端恢復(fù)的明文信號(hào)m′(t)之間的誤差曲線。具體實(shí)施方式為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下對(duì)實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，并結(jié)合一個(gè)應(yīng)用實(shí)例來(lái)說(shuō)明具體實(shí)施方式，但不限于此。設(shè)計(jì)待加密的明文信號(hào)為m(t)＝3sin(0.1πt)+2cos(0.8πt)，其中t表示時(shí)間。本發(fā)明方法的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，具體實(shí)施方式可以分為以下幾步：(1)四維憶阻混沌系統(tǒng)的描述a.建立憶阻混沌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選取憶阻混沌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為x·1=10(x2+1.2x1-W(x4)x1)x·2=x1-x2+x3x·3=-14x2-0.1x3x·4=x1---(1)]]>其中：x1，x2，x3，x4為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)變量，W(·)為憶導(dǎo)函數(shù)：a＞0，b＞0，這里取a＝b＝1?；?jiǎn)后可得x·1=2x1+10x2-30x1x42x·2=x1-x2+x3x·3=-14x2-0.1x3x·4=x1---(2)]]>b.建立憶阻混沌響應(yīng)系統(tǒng)根據(jù)式(2)確定憶阻混沌響應(yīng)系統(tǒng)為y·1=2y1+10y2-30y1y42+uy·2=y1-y2+y3y·3=-14y2-0.1y3y·4=y1---(3)]]>其中：y1，y2，y3，y4為響應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)變量，u為待設(shè)計(jì)的同步控制器變量。(2)同步控制器的設(shè)計(jì)a.構(gòu)建誤差系統(tǒng)定義同步誤差ei＝xi-αyi，其中i＝1，2，3，4，α為比例因子，可以任意取值。聯(lián)合(2)和(3)可得誤差系統(tǒng)為e·1=2e1+10e2-30(x1x42-αy1y42)+αue·2=e1-e2+e3e·3=-14e2-0.1e3e·4=e1]]>b.設(shè)計(jì)同步控制器；取同步控制器為u=30y1y42(1-α2)+30α(s(t)-αy1-c2)]]>其中：s(t)為待確定的傳輸通信中傳送信號(hào)，c2為接收端的自適應(yīng)控制信號(hào)。(3)保密通信方案的實(shí)現(xiàn)a.發(fā)送端：將明文信號(hào)m(t)與自適應(yīng)跟蹤信號(hào)c1引入憶阻混沌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成發(fā)送端的憶阻混沌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)方程x·1=2x1+10x2-30x1x42+30(m(t)-c1)x·2=x1-x2+x3x·3=-14x2-0.1x3x·4=x1c·1=10(m(t)-c1)]]>并產(chǎn)生混沌信號(hào)x1(t)，將混沌信號(hào)x1(t)與明文信號(hào)m(t)疊加產(chǎn)生加密的發(fā)送信號(hào)s(t)＝x1(t)+m(t)傳輸給接收端。b.接收端：將接收到的發(fā)送信號(hào)s(t)＝x1(t)+m(t)引入憶阻混沌響應(yīng)系統(tǒng)組成接收端的憶阻混沌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)方程y·1=2y1+10y2-30y1y42+uy·2=y1-y2+y3y·3=-14y2-0.1y3y·4=y1c·2=10(s-αy1-c2)]]>產(chǎn)生相應(yīng)的混沌信號(hào)y1(t)，然后聯(lián)合該混沌信號(hào)y1(t)和接收到的發(fā)送信號(hào)s(t)＝x1(t)+m(t)獲得解密的明文信號(hào)m′(t)＝s(t)-y1(t)。(4)仿真驗(yàn)證本實(shí)施中，取α＝-0.5，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(2)和響應(yīng)系統(tǒng)(2)的狀態(tài)初始值分別選取為x(0)＝[-0.5，1，0，0]，y(0)＝[0，0，0，0]，自適應(yīng)控制信號(hào)c1和c2的初始值為c1(0)＝c2(0)＝0。圖2給出了本發(fā)明實(shí)施例中明文信號(hào)m(t)的時(shí)間響應(yīng)曲線，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間t，縱坐標(biāo)m(t)；該明文信號(hào)通過(guò)發(fā)送端憶阻混沌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生加密的發(fā)送信號(hào)s(t)如圖3所示，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間t，縱坐標(biāo)s(t)；恢復(fù)的明文信號(hào)m′(t)的時(shí)間響應(yīng)曲線如圖4所示，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間t，縱坐標(biāo)m′(t)。通過(guò)比較效果可見(jiàn)，傳輸信道中的信號(hào)為混沌狀態(tài)，起到了保密作用；而接收端恢復(fù)的明文信號(hào)在約2秒后能完全與原始明文信號(hào)保持同步，從而有效地恢復(fù)了信號(hào)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3