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一种带多重嵌套非线性变换的激光混沌系统及其保密通信

一种带多重嵌套非线性变换的激光混沌系统及其保密通信

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作者：谢飞龙华中科技大学

学位级别：硕士

基于激光混沌系统的混沌保密通信系统显然更适应未来高速全光网络的发展需求。在各类激光混沌系统中,基于外部器件非线性的光电反馈混沌系统对现有光纤网络设备改造小,并且稳定性好,最有希望在短期内应用和推广。基于这类激光混沌系统... 详细信息

基于激光混沌系统的混沌保密通信系统显然更适应未来高速全光网络的发展需求。在各类激光混沌系统中,基于外部器件非线性的光电反馈混沌系统对现有光纤网络设备改造小,并且稳定性好,最有希望在短期内应用和推广。基于这类激光混沌系统的混沌保密通信系统有参数空间规模不足以及同步控制安全性的问题需要解决。虽然现有的许多方案可以解决同步控制安全性的问题,但是对参数空间规模的讨论较为简略,并且系统的复杂度仍有很大的提升空间。得益于高速数字信号处理器的发展,设计了一种多重嵌套非线性变换用于改造基于外部器件非线性的光电反馈混沌系统的电信号部分,并根据Hopf分岔理论和数值仿真对改造后系统的动力学特性和安全性进行了详细分析。通过将差分函数和多个具有拉伸折叠特性的非线性变换嵌套在一起,增强了系统的非线性复杂度,减弱了系统状态之间的线性相关性,使改造后系统可以抵抗基于统计特性的参数估计方法。与此同时,多重嵌套非线性变换引入了额外参数,扩展了系统的参数空间规模。随后,利用改造后系统设计了一种变参数激光混沌保密通信系统,并根据数值仿真对该保密通信系统的同步性能和加解密效果进行了验证。通过Logistic混沌映射动态改变多重嵌套非线性变换的内部参数,使激光混沌保密通信系统的输出具有非平稳统计特性,抵抗基于同步控制的参数估计方法。理论分析和仿真实验的结果表明:改造后系统可以更早发生分岔,并更早进入混沌状态,其最大Lyapunov指数、排列熵均优于现有方案,具有较好的复杂度,自相关函数法和延迟互信息法的分析结果均在安全范围内,可以隐藏时滞特征。混沌保密通信系统的发送端和接收端在参数失配时仍有较高的互相关系数,能正确解密信息,同步稳定性较好,且参数空间规模较大,等效密钥位数远超密码学要求。

关键词：激光混沌保密通信变参数时滞系统多重嵌套非线性变换 Hopf分岔时滞特征隐藏

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基于光电振荡混沌源的同步及其保密通信

基于光电振荡混沌源的同步及其保密通信

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作者：陈笑风华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着高速、大容量的全光网的快速发展,基于光电器件的混沌保密光通信技术成为了新的研究热点。混沌同步是混沌保密光通信的基础和前提。现有的关于实现激光混沌源间零延时混沌同步的研究成果大多建立在收发双方激光混沌源参数完... 详细信息

近年来,随着高速、大容量的全光网的快速发展,基于光电器件的混沌保密光通信技术成为了新的研究热点。混沌同步是混沌保密光通信的基础和前提。现有的关于实现激光混沌源间零延时混沌同步的研究成果大多建立在收发双方激光混沌源参数完全相同或仅存在较小失配的前提上。然而,在实际的光通信网络中,无法要求所有进行通信或进行密钥分配的节点的系统参数都几乎相同。此外,点对点单向混沌同步显然不满足现实通讯要求,双向耦合的光混沌同步及星状网络的光混沌同步的研究还不够全面和完善。因此,有必要对点对点异参数激光混沌源的混沌同步、双向耦合的混沌同步以及星状网络的混沌同步进行讨论和分析。本文针对具有不同参数的两个Ikeda型光电反馈混沌源,通过同步稳定性理论给出了实现零延时同步的充分条件,并提出了两种不同结构的、满足上述充分条件的、简单的同步控制函数使得两个系统之间能够实现稳定的零延时同步。最后,通过数值实验分析了几组随机的不同参数下Ikeda型光电反馈混沌源的同步行为。结果表明,所提出的混沌同步控制方法能有效地实现点对点异参数Ikeda型光电反馈混沌源的零延时混沌同步,实验结果与理论结果一致。本文研究了点对点双向双信道Ikeda型光电反馈保密通信系统的零延时混沌同步,数值分析了系统的同步性能、安全性能和通信性能。研究结果表明:点对点双向耦合系统的混沌同步性能对延迟时间/信息信号功率/激光器光信号功率/相位中任意一组参数的失配不太敏感,混沌同步误差保持在一定的数量级,但对增益系数的失配较为敏感,随着增益系数失配程度的增加,混沌同步质量呈线性降低。此外,本文还研究了单向耦合的星状网的混沌同步。给出了描述基于Ikeda型光电反馈激光混沌源的混沌保密光通信网络的一般数学模型,讨论了星状网络的混沌同步性质,给出了实现零延时同步时各节点耦合函数的形式。最后,通过数值实验和互相关函数分析了具有50个节点的星状网络的混沌同步行为,结果表明本文所提出的单向耦合星状网可实现稳定的零延时混沌同步。

关键词：激光混沌保密通信混沌同步光电反馈异参数双向耦合星型网络

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参量空间增大的电光相位混沌通信系统安全性研究

参量空间增大的电光相位混沌通信系统安全性研究

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作者：权伟北京邮电大学

学位级别：硕士

光纤通信作为当前网络信息传输的主要方式,具有容量大、速率高以及带宽较宽等特点,但是随着非法用户利用窃听和蓄意破坏等手段攻击光网络的事件频发,光网络的安全受到了严重的威胁。激光混沌通信是一种物理层的信息加密技术,可以利用系... 详细信息

光纤通信作为当前网络信息传输的主要方式,具有容量大、速率高以及带宽较宽等特点,但是随着非法用户利用窃听和蓄意破坏等手段攻击光网络的事件频发,光网络的安全受到了严重的威胁。激光混沌通信是一种物理层的信息加密技术,可以利用系统的硬件参数作为密钥,实现信息的加密和解调。其中,电光混沌反馈系统由于具有混沌信号复杂度高、参数易控以及成本较低等优势而受到广泛研究,但非法窃听者可以利用统计分析方法,如自相关函数和延迟互信息,获取系统的密钥(时延参量)并重构出混沌系统,进而破解出信息。虽然当前已有时延隐藏性能较好的方案,但由于系统结构过于复杂,存在混沌同步鲁棒性不足的问题。同时,系统的参量空间还需要进一步增大来抵御基于神经网络的穷举攻击,所以解决以上问题对增强光网络的安全性意义重大。本文研究内容如下:(1)针对传统的电光反馈互耦合混沌系统中时延参量易暴露、不同链路之间存在互相关特性以及参量空间需要进一步扩展等问题,本文提出了三路电光相位混沌链路互耦合通信系统。首先,该系统由三个相位混沌链路非线性耦合而成,并且系统中的多次非线性变换以及伪随机二进制序列的引入能够有效提高混沌信号的复杂度。仿真结果显示当反馈增益系数大于2.5时,系统所有的时延参量都能够被完全隐藏,并且不同混沌链路之间的互相关特性被大大削弱。其次,由于同步性能对反馈增益系数失配不敏感,该系统的混沌同步具有强鲁棒性。最后,系统中存在的多个时延扩展了参量空间,能够有效抵抗穷举攻击。(2)针对传统的电光反馈互耦合混沌系统中时延参量难以隐藏、混沌同步鲁棒性不足和参量空间需要进一步扩展等问题,本文提出了附加混沌相移的电光相位混沌通信系统。该系统基于互耦合结构,利用系统本身产生的混沌载波驱动相位调制器产生附加混沌相移,提高了混沌信号的复杂度并提高了系统的安全性能。仿真结果显示:首先该系统能够以较低的反馈增益系数完全隐藏系统的所有时延参量,安全性能相较于当前已有的方案大幅提升;其次,通过对不同系统参数失配对混沌同步性能影响的分析,验证了所提出的系统的同步鲁棒性较强;然后,系统的参量空间由于存在多个时延参量而扩展到了一个比较理想的量级;最后,在发送端和接收端参数匹配良好的情况下实现了低误符率的信息解调,增强了系统的通信可靠性。

关键词：激光混沌保密通信时延参量隐藏参量空间扩展混沌同步

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