一種實(shí)用的混沌保密編碼方法

基于實(shí)用符號(hào)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論，提出了一種實(shí)用的混沌保密編碼方法，該方法借助于單峰的logistic映射處于混沌吸引子狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的符號(hào)序列作為密鑰，對(duì)信源編碼信號(hào)進(jìn)行加密。使用數(shù)字可編程芯片TMS320VC5402實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)保密編碼，并對(duì)混沌符號(hào)密鑰的相似性作了分析。研究表明，該方法在實(shí)際應(yīng)用中具有推廣價(jià)值。
關(guān) 鍵 詞 符號(hào)動(dòng)力學(xué); 混沌保密; 符號(hào)密鑰; 硬件實(shí)現(xiàn)

混沌保密通信是混沌應(yīng)用研究的一個(gè)重要課題?；诨煦缤降陌殡S保密通信方法具有很多不足之處。一方面，用于通信的混沌同步抗噪聲和干擾能力太差，研究表明，一旦混沌失去同步，基于混沌同步的混沌保密通信就會(huì)失?。涣硪环矫?，疊加在同步耦合信號(hào)上的有用信號(hào)幅度很小，與噪聲水平差不多，故同步耦合信號(hào)受到噪聲污染后，即使收發(fā)雙方混沌系統(tǒng)仍能夠保持同步，也很難恢復(fù)出有用信號(hào)。這種方法對(duì)于幾乎不受外部干擾的電路系統(tǒng)同步保密通信是可行的[1]。
混沌保密通信的另一種方法是混沌編碼通信。相對(duì)于伴隨通信方法來(lái)說(shuō)，混沌編碼通信屬于數(shù)字通信的范疇。混沌編碼通信已有了較深入的研究，主要有基于動(dòng)力方程的參數(shù)區(qū)間化編碼方法、不同混沌吸引子間的切換編碼和混沌序列區(qū)間化編碼方法等，文獻(xiàn)[2]是在蔡氏電路數(shù)字通信上實(shí)現(xiàn)的。本文提出一種基于實(shí)用符號(hào)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論符號(hào)加密方法。
1 實(shí)用符號(hào)動(dòng)力學(xué)
符號(hào)動(dòng)力學(xué)可以應(yīng)用于混沌編碼。實(shí)用動(dòng)力符號(hào)學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容包括8方面[3]：
1) 給出符號(hào)序列的排序規(guī)則，即比較符號(hào)序列大小的規(guī)則；
2) 給出“允字條件”，即判斷符號(hào)序列是否合法(是否屬于允許序列)的規(guī)則；
3) 產(chǎn)生一定長(zhǎng)度內(nèi)所有允許序列的方法；

4) 由已知較短的允許符號(hào)序列生成更多更長(zhǎng)的合法序列的“合成法則”；
5) 用符號(hào)序列計(jì)算拓?fù)潇?、?fù)雜性等特征量的方法；
6) 給出各種不同周期軌道的數(shù)目和總數(shù)；
7) 對(duì)于具體的映射，給出計(jì)算產(chǎn)生某些類符號(hào)字所對(duì)應(yīng)的參數(shù)值的方法；
8) 當(dāng)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)具有某種對(duì)稱性的時(shí)候，參數(shù)變化的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)軌道對(duì)稱性質(zhì)的破缺和恢復(fù)，給出描述這些現(xiàn)象的方法等。

2 混沌編碼原理
混沌編碼與通信意義上的信源編碼和信道編碼不同。信源編碼可以視為一種信息壓縮的編碼方式，信道編碼以糾錯(cuò)為目的的抗干擾冗余編碼，這兩種編碼方案在目前數(shù)字通信中得到了廣泛的應(yīng)用?；煦缇幋a是以保密為目的的編碼方案，一般是對(duì)信源編碼后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行的二次編碼，混沌編碼建立在符號(hào)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上。目前一維映射的符號(hào)動(dòng)力學(xué)已經(jīng)近似達(dá)到完美的程度，高維映射的符號(hào)動(dòng)力學(xué)與一維映射的符號(hào)動(dòng)力學(xué)有本質(zhì)的區(qū)別，它正處在不斷發(fā)展的過(guò)程中，但這個(gè)過(guò)程也在不斷完善混沌編碼的理論。
可以借助于周期軌道的揉序列直接對(duì)采樣離散信號(hào)進(jìn)行混沌編碼，也可以先使用經(jīng)典編碼方法對(duì)信源進(jìn)行編碼，再使用混沌符號(hào)序列對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行加密。后者相對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，更加容易實(shí)現(xiàn)。而且，它們均可以使用ASIC技術(shù)做成專用的混沌編碼器。在通信雙方約定了初始值或是參量后，混沌保密通信可以避開(kāi)混沌同步環(huán)節(jié)。在一些保密性要求極高的環(huán)境下，也可采用自適應(yīng)或類似跳頻通信的方法間歇同步地改變參量或是初始值。