基于物理混沌的混合图像加密系统研究

初步实现了基于物理混沌的混沌和数据加密标准算法级联的混合图像加密系统,基于该系统研究了级联加密与单级加密的抗统计分析能力,以及不可预测性强弱不同的混沌信号在该系统中应用时密文特性的不同.这种利用物理混沌不可预测性的混合加密系统,不存在确定的明文密文映射关系,而且密文统计特性也应优于(或大致相当)其他加密系统.数值结果支持这一结论,同时表明不可预测性较强的混沌系统其加密产生的密文相关性较弱.     

基于电流传输器的网格多涡卷混沌吸引子在混合图像加密中的研究

该文提出了一种新的基于第二代电流传输器（CCII）的网格多涡卷混沌吸引子产生器,用于物理混沌加密和高级加密标准（AES）加密的混合图像加密算法．因CCII比普通运放有更好的频率特性和更大的动态范围,能产生频率更高,动力学特性更复杂的多涡卷物理混沌信号．基于CCII的多涡卷物理混沌加密和AES加密的混合加密系统。不存在确定的明文密文映射关系,密文统计特性也应优于其他加密系统．基于该算法研究了混合加密和单级加密的抗统计分析能力,以及涡卷数目不同的混沌信号在该算法中应用时密文统计特性的不同．完成了基于CCII的混沌电路设计与硬件实现,对加密系统进行了数值仿真,仿真结果与理论分析一致,同时表明涡卷数目越多的混沌系统其加密产生的密文相关性越弱．     

一个四翼混沌吸引子

在新的四维混沌系统中数值观察到四翼混沌吸引子，然而，通过进一步分析发现，该四翼吸引子并非真实的，实际上它是上、下两个共存的双翼混沌吸引子，他们各自有独立的混沌吸引域，由于其位置靠得太近和数值误差产生的一种假象.通过引入一个线性状态反馈控制项，系统的一些相似性被破坏，受控系统能产生穿越上下吸引域界限的对角双翼混沌吸引子，进一步，随着动力学模态的演化，上下混沌吸引子与对角混沌吸引子融合成一个真正的四翼混沌吸引子.最后，通过比较该四翼混沌吸引子的系统、Lorenz系统、Chua氏电路等混沌信号的频谱发现，四翼混沌吸引子的系统信号具有极宽的频谱带宽，该特性在通讯加密等工程应用中具有重要价值. 关键词： 四维混沌系统 双翼吸引子 四翼吸引子 频谱分析     

超混沌吸引子的翼倍增方案

通过对一个五维超混沌系统施加平移变换、镜像映射和滞回切换操作,将多翼混沌吸引子结构由双翼倍增为四翼.施加n-1次相似操作可以得到2ⁿ翼的超混沌吸引子.设计了一个简单的电路实现吸引子翼数量的倍增.该方法在保留了系统原有超混沌特性的基础上,增加了吸引子的拓扑结构复杂性,使之更适合保密通信等领域的应用. 关键词： 多涡卷吸引子 多翼吸引子 超混沌系统     

简化Lorenz多涡卷混沌吸引子的设计与应用

将简化Lorenz系统线性化成两个线性系统,采用控制方法得到两涡卷混沌系统,通过扩展两涡卷混沌系统的指标2鞍焦点,设计了多涡卷混沌吸引子.利用相图、分岔图、Poincaré截面和最大Lyapunov指数等方法,分析了该多涡卷混沌系统的动力学特性.设计了多涡卷混沌吸引子的模拟电路,并进行了仿真,数值仿真与电路仿真相一致.将多涡卷混沌系统应用于图像加密,设计了多涡卷混沌与高级加密标准(AES)的改进混合加密算法,并分析了其加密性能.结果表明,基于多涡卷混沌系统的改进混合加密算法具有更高的安全性.     

三维四翼广义增广Lü系统

增广Lü系统是仅含有两个控制参数的三维混沌系统,可产生一个伪四翼吸引子.利用混沌反控制方法,通过在增广Lü系统中引入一个简单的线性状态控制器,提出了一个新三维混沌系统——广义增广Lü系统.新系统实现了一个真正的具有复合结构的四翼吸引子,它包含了两个镜像对称的子系统.理论分析、数值仿真和电路实验证明了广义增广Lü系统四翼吸引子的存在性,也阐述了广义增广Lü系统有着较增广Lü系统更加丰富的动力学特性. 关键词： 广义增广Lü系统 四翼吸引子 数值仿真 电路实验     

只有一个非线性项的超混沌系统

构造了只包含一个非线性项的四维超混沌系统,得到了系统的Lyapunov指数谱、周期轨道、拟周期轨道、混沌和超混沌吸引子.给出了此超混沌系统的电路实现原理图,利用EWB仿真得到了与数值仿真完全相符的动力学行为.同时给出了实现此超混沌系统同步的一种方法,并利用严格数学理论证明了该混沌同步方法.在同步过程中并未删除响应系统的非线性项,理论分析与仿真计算表明同步方法的有效性. 关键词： 四维超混沌系统 非线性项 Lyapunov指数谱     

一类具有四翼吸引子的超混沌系统

构造超混沌系统在目前并非难事,在Chua系统基础上构造具有多涡卷拓扑结构的吸引子也有很多系统方法,但较少有文献讨论基于Lorenz系统族的拥有多翼结构吸引子的光滑混沌系统,而同时具备超混沌特性和多翼拓扑结构吸引子的光滑混沌系统则更少报道.在现有超混沌系统的基础上,分析其共性,并利用坐标变化方法将其转为具有四个翼的超混沌吸引子.该方法在保留了系统原有超混沌特性的基础上,增加了吸引子的拓扑结构复杂性,使之更适合保密通信等领域的应用. 关键词： 多涡卷吸引子 多翼吸引子 超混沌     

一种基于时滞混沌的加密算法

基于半导体激光时滞混沌映射,提出一种新的加密算法.用Ikeda方程产生的二进制序列掩盖明文,对明文块做依赖于密钥的置换,并用传统的混沌加密方法加密.在每一轮加密过程中,都会用一个与混沌映射、明文和密文相关的随机数对时滞项做微扰,以提高算法的安全性;状态转移函数不仅与密钥相关,而且与本轮输入的明文符号以及上一轮输出的密文符号相关,有效地防止了选择明文/密文攻击.仿真实验表明,该算法可行、有效.     

一个具有完全四翼形式的四维混沌

本文通过引进一个非线性状态反馈控制器, 提出了一个新的四维混沌系统, 该混沌吸引子能在任何方向上都表现出四翼形式. 由于存在一个大的正李雅普诺夫指数, 混沌系统具有一些非常有趣和复杂的动力学行为. 对系统的一些基本动力学特性进行了数值模拟和理论分析, 如平衡点、耗散性、Poincaré映射、频谱、时域谱和混沌行为等. 通过对Lyapunov指数谱和分岔图的分析, 进一步研究了混沌行为的系统参数敏感性. 最后, 设计了一个实现四翼混沌系统的振荡电路, EWB观察结果与数值模拟结果具有良好的一致性.     

Novel four-dimensional autonomous chaotic system generating one-, two-, three- and four-wing attractors

In this paper, we propose a novel four-dimensional autonomous chaotic system. Of particular interest is that this novel system can generate one-, two, three- and four-wing chaotic attractors with the variation of a single parameter, and the multi-wing type of the chaotic attractors can be displayed in all directions. The system is simple with a large positive Lyapunov exponent and can exhibit some interesting and complicated dynamical behaviours. Basic dynamical properties of the four-dimensional chaotic system, such as equilibrium points, the Poincaré map, the bifurcation diagram and the Lyapunov exponents are investigated by using either theoretical analysis or numerical method. Finally, a circuit is designed for the implementation of the multi-wing chaotic attractors. The electronic workbench observations are in good agreement with the numerical simulation results.     

一个大范围超混沌系统的生成和电路实现

在对一些已有的超混沌系统研究和分析的基础上,提出了一个新的四维自治的超混沌系统,这个超混沌系统是通过引入一个状态变量到一个三维自治混沌系统而生成的,它较已有的超混沌系统而言,不仅最大的Lyapunov指数要大一些,而且在参数变化时,呈现超混沌的参数范围也很大.在对该系统进行数值仿真和分形分析的同时,也通过模拟电路对其进行了验证,电路实验结果表明,在电路中分别呈现的周期、伪周期、混沌、超混沌特性与数值仿真中获得的结果是一致的. 关键词： 超混沌 分形分析 超混沌电路 Lyapunov指数     

One to four-wing chaotic attractors coined from a novel 3D fractional-order chaotic system with complex dynamics

A novel 3D fractional-order chaotic system is proposed in this paper. And the system equations consist of nine terms including four nonlinearities. It's interesting to see that this new fractional-order chaotic system can generate one-wing, two-wing, three-wing and four-wing attractors by merely varying a single parameter. Moreover, various coexisting attractors with respect to same system parameters and different initial values and the phenomenon of transient chaos are observed in this new system. The complex dynamical properties of the presented fractional-order systems are investigated by means of theoretical analysis and numerical simulations including phase portraits, equilibrium stability, bifurcation diagram and Lyapunov exponents, chaos diagram, and so on. Furthermore, the corresponding implementation circuit is designed. The Multisim simulations and the hardware experimental results are well in accordance with numerical simulations of the same system on the Matlab platform, which verifies the correctness and feasibility of this new fractional-order chaotic system.     

一类多翼蝴蝶混沌吸引子及其电路实现

提出了一种构造多翼蝴蝶混沌吸引子的新方法,在Liu混沌系统的基础上,通过设计一种新的分段线性函数,构造了一个产生多翼蝴蝶混沌吸引子的混沌系统,对系统的平衡点、Lyapunov指数谱、分岔图、相图、频谱和Poincare截面进行了分析。最后,设计了相应的硬件电路,电路实验结果与数值仿真结果一致,验证了该方法的可行性和有效性。     

Dynamic analysis and synchronization control of an unusual chaotic system with exponential term and coexisting attractors

This paper reports a new four-dimensional chaotic system consisting of an exponential nonlinear term, two quadratic nonlinear terms and five linear terms. The system has only one equilibrium and performs stability, periodicity and chaos with the variation of the parameters. It losses its stability with the occurrence of Hopf bifurcation and goes into chaos via period-doubling bifurcation. One more interesting feature of the system is that it can generate multiple coexisting attractors for different initial conditions, such as two strange attractors with one limit cycle, one strange attractor with two limit cycles, etc. The dynamic properties of the system are presented by numerical simulation includes bifurcation diagrams, Lyapunov exponent spectrum and phase portraits. An electronic circuit is constructed to implement the chaotic attractor of the system. Based on the linear quadratic regulator (LQR) method, the synchronization control of the system is investigated.     

一个新四维非自治超混沌系统的分析与电路实现

在以Lorenz系统为基础的一个新超混沌系统上,加入一个驱动信号,组成了一个四维非自治超混沌系统.该系统基本动力学特性的变化,主要是通过控制外界输入信号的频率实现的.在不同的频率参数下,该系统体现出了周期轨、二维环面、混沌以及超混沌不同的动力学特性,其中周期轨特性较为显著.这个现象在数值仿真以及分形分析上得到了很好地验证.最后设计一个模拟电路,通过实验结果进一步验证了与数值仿真的一致性.     

A novel one equilibrium hyper-chaotic system generated upon Lü attractor

By introducing an additional state feedback into a three-dimensional autonomous chaotic attractor Lü system, this paper presents a novel four-dimensional continuous autonomous hyper-chaotic system which has only one equilibrium. There are only 8 terms in all four equations of the new hyper-chaotic system, which may be less than any other four-dimensional continuous autonomous hyper-chaotic systems generated by three-dimensional (3D) continuous autonomous chaotic systems. The hyper-chaotic system undergoes Hopf bifurcation when parameter c varies, and becomes the 3D modified Lü system when parameter k varies. Although the hyper-chaotic system does not undergo Hopf bifurcation when parameter k varies, many dynamic behaviours such as periodic attractor, quasi periodic attractor, chaotic attractor and hyper-chaotic attractor can be observed. A circuit is also designed when parameter k varies and the results of the circuit experiment are in good agreement with those of simulation.     

基于动态混沌映射的三维加密正交频分复用无源光网络

提出了一种基于混沌映射的三维加密正交频分复用无源光网络保密通信系统.该系统通过相关性检测锁定收发端混沌系统参数,实现收发双方混沌系统同步;并利用同步混沌系统生成密钥,实现符号扰动以及二重子载波加密.该加密方案的密钥空间超过10~(86),能够有效对抗穷举攻击.实验实现了13.3 Gb/s基于64进制正交幅度调制的加密正交频分复用信号在25 km标准单模光纤中的传输,并完成了信息的有效解密.