基于强度统计算法的混沌序列复杂度分析

为了分析混沌序列的复杂度,文中采用强度统计复杂度算法分别对离散混沌系统(TD-ERCS)和连续混沌系统(简化Lorenz系统)进行复杂度分析,计算了混沌序列随参数变化的复杂度,分析了连续混沌系统产生的伪随机序列分别进行m序列和混沌伪随机序列扰动后的复杂度.研究表明,强度统计复杂度算法是一种有效的复杂度分析方法,离散混沌序列复杂度大于连续混沌序列复杂度,但对连续混沌系统的伪随机序列进行m序列和混沌伪随机序列扰动后可大大增加复杂度,为混沌序列在信息加密中的应用提供了理论依据. 关键词： 强度统计复杂度算法 TD-ERCS系统 简化Lorenz系统 序列扰动     

TD-ERCS离散混沌伪随机序列的复杂性分析

采用相空间直接观察法和行为复杂性算法,系统地分析了新型TD-ERCS离散混沌系统产生的伪随机序列的复杂性,得出了其复杂性变化规律.在Kolmogorov复杂性基础上,应用经典的Limpel-Ziv算法,ApEn算法和PE算法,从一维时间序列到多维相空间重构两方面计算了TD-ERCS离散混沌伪随机序列的复杂度大小.计算结果表明,TD-ERCS系统的行为复杂性高,而且该系统的复杂性大小随系统参数改变的变化范围小,是一个复杂性非常稳定的全域性离散混沌系统,其产生的混沌伪随机序列适合于信息加密或扩频通信. 关键词： 混沌 混沌伪随机序列 TD-ERCS系统 复杂度     

级联混沌及其动力学特性研究

初值敏感性是混沌的本质,混沌的随机性来源于其对初始条件的高度敏感性,而Lyapunov指数又是这种初值敏感性的一种度量.本文的研究发现,混沌系统的级联可明显提高级联混沌的Lyapunov指数,改善其动力学特性.因此,本文研究了混沌系统的级联和级联混沌对动力学特性的影响,提出了混沌系统级联的定义及条件,从理论上证明了级联混沌的Lyapunov指数为各个级联子系统Lyapunov指数之和;适当的级联可增加系统参数、扩展混沌映射和满映射的参数区间,由此可提高混沌映射的初值敏感性和混沌伪随机序列的安全性.以Logistic映射、Cubic映射和Tent映射为例,研究了Logistic-Logistic级联、Logistic-Cubic级联和Logistic-Tent级联的动力学特性,验证了级联混沌动力学性能的改善.级联混沌可作为伪随机数发生器的随机信号源,用以产生初值敏感性更高、安全性更好的伪随机序列.     

改进型Hénon映射生成混沌伪随机序列及性能分析

提出一种改进传统Hénon映射的方法.该方法通过引入绝对值项改变映射系统的内部结构,大大提高了映射系统的线性复杂度和初值敏感性.利用混沌系统生成伪随机序列,进一步对比分析了映射系统生成的伪随机序列的性能.理论分析和实验仿真表明,改进后的映射系统比原系统生成的序列质量有很大提高,验证了该方法的有效性. 关键词： Hénon映射 伪随机序列 性能分析     

混沌伪随机序列复杂度分析的符号动力学方法

通过将混沌伪随机序列看成一个符号序列，提出了用符号动力学的 方法来分析混沌伪随机序列的复杂度.以Logistic映射和耦合映射格子系统产生的混沌伪随 机序列为例，说明了该方法的应用，并将计算结果与近似熵ApEn法的计算结果作了比较.结 果表明，该方法可以有效地判断出不同的混沌伪随机序列的复杂程度，而且比近似熵法更为 优越. 关键词： 混沌 伪随机序列 符号动力学 熵     

一种混沌伪随机序列复杂度分析法

分析了已有的序列线性复杂度分析方法，提出了用近似熵算法计算混沌运动的测度熵，作为衡量混沌伪随机序列复杂度的标准.理论研究表明，利用较短的观察序列，该方法能够准确地反映混沌系统和混沌伪随机序列复杂度的大小，可以作为判断利用混沌系统产生的伪随机序列的复杂度准则.实验结果表明该方法的有效性和理论结果的正确性. 关键词： 混沌 伪随机序列 熵     

基于TD-ERCS混沌系统的伪随机数发生器及其统计特性分析

为了进一步分析切延迟椭圆反射腔映射系统(TD-ERCS)混沌系统的密码学意义上的安全性， 采用TD-ERCS并行方式构造了一个结构简单的伪随机序列发生器.用户密码不再是固定不变的 ，可在［2⁶⁴，2⁶⁷²］区域内任意取值.对所产生的二值伪随机 序列（即TD-ERC S序列）进行了均衡性、游程特性、相关性等基本统计特性初步测试，并与m序列、logistic 序列、Chebyshev混沌序列、SCQC序列作了对比分析.实验表明，TD-ERCS序列有更好的统计 特性. 关键词： 混沌 TD-ERCS PRNG 统计特性     

模糊熵算法在混沌序列复杂度分析中的应用

为了准确分析混沌序列的复杂性, 采用模糊熵算法(FuzzyEn) 对典型离散混沌系统和连续混沌系统的复杂度进行分析. 与近似熵(ApEn)、 样本熵(SampEn) 和强度统计复杂度算法相比, FuzzyEn算法是一种更有效的混沌复杂度测度算法, 且对相空间维数(m)、 相似容限度(r) 和序列长度(N) 的敏感性、 依赖性更低, 鲁棒性和测度值的连续性更好. 对混沌系统的复杂性分析表明, 连续混沌系统的复杂度远小于离散混沌系统, 但是如果利用高复杂度的离散混沌伪随机序列或经典 m序列对连续混沌系统产生的伪随机序列进行扰动, 则能大大提高混沌序列的复杂性. 为混沌序列在密码学和混沌保密通信中的应用提供了理论依据.     

一种新的混沌映射散列函数构造方法及应用

提出了一种基于混沌映射和乘同余法构建单向散列函数的算法. 该算法通过乘同余法生成伪随机序列作为系统的初始值, 把明文信息的美国标准信息交换码(ASCII码) 归一化后作为混沌映射的初始值, 经过可变步长的混沌数字量化后, 提取出128 bit的散列值. 理论分析和仿真结果表明: 该算法具有较好的不可逆性、 抗碰撞性、 防伪造性、 初值敏感性以及较高地运行速度.     

一种确定混沌伪随机序列复杂度的模糊关系熵测度

将模糊关系的概念引入混沌伪随机序列复杂度的测度方法之中,提出了一种新的混沌伪随机序列复杂度测度方法——模糊关系熵(fuzzy relationship entropy,简记为F-REn)测度方法,并推导了F-REn的两个基本性质.仿真结果表明,该测度方法能够有效测度混沌伪随机序列的复杂度,与近似熵(ApEn)测度方法和符号熵测度方法相比,F-REn测度具有更加好的对序列符号空间的适用性、更加小的对测量维度的敏感性和更加强的对分辨率参数的鲁棒性. 关键词： 混沌伪随机序列 模糊理论 复杂度     

将混沌序列变换成均匀伪随机序列的普适算法

提出了一种将混沌序列变换成均匀伪随机序列的普适算法.这种算法基于计算机浮点数表示的bit位操作,不针对任何具体对象,可将任意连续或分段连续分布的实型随机变量转换成均匀分布的随机变量.理论分析表明,这种算法源于实型随机变量中普遍存在着的沿bit位以指数规律增强的均匀化趋势.任何实型的混沌序列,不论来自混沌映射系统还是混沌微分动力系统,都可以在同一个标准算法下变换成均匀分布的伪随机序列,因而是混沌伪随机数发生器标准化模块设计和硬件实现的关键技术基础. 关键词： 混沌 伪随机序列 均匀分布函数     

Dynamics analysis of chaotic maps: From perspective on parameter estimation by meta-heuristic algorithm

Chaotic encryption is one of hot topics in cryptography, which has received increasing attention. Among many encryption methods, chaotic map is employed as an important source of pseudo-random numbers(PRNS). Although the randomness and the butterfly effect of chaotic map make the generated sequence look very confused, its essence is still the deterministic behavior generated by a set of deterministic parameters. Therefore, the unceasing improved parameter estimation technology becomes one of potential threats for chaotic encryption, enhancing the attacking effect of the deciphering methods. In this paper, for better analyzing the cryptography, we focus on investigating the condition of chaotic maps to resist parameter estimation. An improved particle swarm optimization(IPSO) algorithm is introduced as the estimation method. Furthermore, a new piecewise principle is proposed for increasing estimation precision. Detailed experimental results demonstrate the effectiveness of the new estimation principle, and some new requirements are summarized for a secure chaotic encryption system.     

A universal algorithm to generate pseudo-random numbers based on uniform mapping as homeomorphism

A specific uniform map is constructed as a homeomorphism mapping chaotic time series into [0,1] to obtain sequences of standard uniform distribution. With the uniform map, a chaotic orbit and a sequence orbit obtained are topologically equivalent to each other so the map can preserve the most dynamic properties of chaotic systems such as permutation entropy. Based on the uniform map, a universal algorithm to generate pseudo random numbers is proposed and the pseudo random series is tested to follow the standard 0-1 random distribution both theoretically and experimentally. The algorithm is not complex, which does not impose high requirement on computer hard ware and thus computation speed is fast. The method not only extends the parameter spaces but also avoids the drawback of small function space caused by constraints on chaotic maps used to generate pseudo random numbers. The algorithm can be applied to any chaotic system and can produce pseudo random sequence of high quality, thus can be a good universal pseudo random number generator.     

A novel chaos-based image encryption scheme with an efficient permutation-diffusion mechanism

This paper proposes a novel chaos-based image encryption scheme with an efficient permutation-diffusion mechanism, in which permuting the positions of image pixels incorporates with changing the gray values of image pixels to confuse the relationship between cipher-image and plain-image. In the permutation process, a generalized Arnold map is utilized to generate one chaotic orbit used to get two index order sequences for the permutation of image pixel positions; in the diffusion process, a generalized Arnold map and a generalized Bernoulli shift map are employed to yield two pseudo-random gray value sequences for a two-way diffusion of gray values. The yielded gray value sequences are not only sensitive to the control parameters and initial conditions of the considered chaotic maps, but also strongly depend on the plain-image processed, therefore the proposed scheme can resist statistical attack, differential attack, known-plaintext as well as chosen-plaintext attack. Experimental results are carried out with detailed analysis to demonstrate that the proposed image encryption scheme possesses large key space to resist brute-force attack as well.     

基于参数切换算法的混沌系统吸引子近似及其电路设计

基于参数切换算法和离散混沌系统, 设计一种新的混沌系统参数切换算法, 给出了两算法的原理. 采用混沌吸引子相图观测法, 研究了不同算法下统一混沌系统和Rössler混沌系统参数切换结果, 最后引入方波发生器, 设计了Rössler混沌系统参数切换电路. 结果表明, 采用参数切换算法可以近似出指定参数下的系统, 其吸引子与该参数下吸引子一致; 基于离散系统的参数切换结果更为复杂, 当离散序列分布均匀时, 只可近似得到指定参数下的系统; 相比传统切换混沌电路, 参数切换电路不用修改原有系统电路结构, 设计更为简单, 输出结果受方波频率影响, 通过加入合适频率的方波发生器, 数值仿真与电路仿真结果一致.