混沌伪随机序列的谱熵复杂性分析

为了准确分析混沌伪随机序列的结构复杂性,采用谱熵算法对Logistic映射、Gaussian映射和TD-ERCS系统产生的混沌伪随机序列复杂度进行了分析.谱熵算法具有参数少、对序列长度N(惟一参数)和伪随机进制数K鲁棒性好的特点.采用窗口滑动法分析了混沌伪随机序列的复杂度演变特性,计算了离散混沌系统不同初值和不同系统参数条件下的复杂度.研究表明,谱熵算法能有效地分析混沌伪随机序列的结构复杂度;在这三个混沌系统中,TD-ERCS系统为广域高复杂度混沌系统,复杂度性能最好;不同窗口和不同初值条件下的混沌系统复杂度在较小范围内波动.为混沌序列在信息安全中的应用提供了理论和实验依据.     

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     

基于切延迟椭圆反射腔映射系统的单向Hash函数构造

提出了一种基于切延迟椭圆反射腔映射系统(TD-ERCS)的单向Hash函数算法.该算法只需将明文信息线性变换为系统的参数序列，然后让TD-ERCS依次迭代，再依照一定的规则提取Hash值，勿需要增加任何冗余计算.该算法的密钥在［2⁶⁴,2¹⁶⁰］内任意取值，输出Hash值长160bit.基础的安全性测试表明，这种Hash函数具有很好的单向性、弱碰撞性、初值敏感性，较其他混沌系统构造的Hash函数具有更强的安全性，且实现简单，运行速度快，是传统Hash函数的一种理想的替代算法.还导出了评估碰撞性的一个客观标准. 关键词： 混沌 Hash函数 TD-ERCS     

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     

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     

基于切延迟的椭圆反射腔的吸引子研究

本文使用转移矩阵的方法,引入椭圆角转换函数,使椭圆问题得到简化,推导出十分简单的切延迟椭圆反射的迭代公式,这样非常有利于理论分析.切延迟椭圆反射腔映射系统(TD-ERCS)在切延迟1单位时存在吸引子,利用该公式,对其吸引子形成的原因及稳定性做了理论分析,发现圆的吸引子与椭圆不尽相同;同时发现椭圆有两个不动线,但只有一个是稳定的.本文还发现,随着椭圆压缩因子μ的减小,对于任意的切延迟因子m,相邻两次迭代数据间的相关性增强,这说明将该系统用作密码系统,椭圆压缩因子μ不能太小,同时混沌系统本身要求μ不能太大,否则降低安全度. 关键词： 混沌 切延迟 TD-ERCS 吸引子     

基于切延迟的椭圆反射腔离散混沌系统及其性能研究

根据椭圆反射腔物理模型， 提出了一种改变系统演化轨道的切延迟操作方法，导出了基于该方法的一类离散混沌映射系 统.实验表明，这类离散混沌系统最大Lyapunov指数恒大于零,状态变量等概率分布且与参 数和初值无关,全域零相关性，切延迟1单位时存在一个稳定不变的方形吸引子，切延迟大于 1单位时走向各态遍历.这类离散混沌系统可以产生两个独立的伪随机序列，其特殊性质和 复杂的动力学行为极具密码学应用价值. 关键词： 混沌 切延迟 Lyapunov指数 TD-ERCS 吸引子     

任意阶隐式指数时程差分多步法及其在非线性系统中的应用

对非线性系统提出了任意阶隐式指数时程差分多步法，实现了任意阶次指数时程差分预测 校正算法.发展完善了指数时程差分法.将新算法应用于非线性系统，取得了较好的效果.数值结果表明隐式指数时程差分多步法很好地修正了显式指数时程差分多步法，隐式指数时程差分多步法是一种高精度、高效率的方法. 关键词： 非线性系统 任意阶隐式指数时程差分多步法 混沌     

变参级联混沌系统中的潜在风险

Lyapunov指数是系统是否进入混沌态的判据之一,其大小描述了系统混沌态的发达程度.为了研究级联混沌系统Lyapunov指数的特性,揭示级联混沌系统中子系统之间的扰动机理,首先从伪噪声扰动的角度,建立了子系统间的扰动模型,研究了有、无外噪声影响的Lyapunov指数差异,指出子系统之间的扰动可视为伪噪声对其的影响;然后,在理论上证明了级联系统的Lyapunov指数等于有前级扰动时的各个子系统的Lyapunov指数的代数和,而不等于各个(独立)子系统的Lyapunov指数的代数和.并以Logistic映射为例,设计了9种级联验证方案.研究中发现了一些新的特性和现象:级联系统Lyapunov指数存在着随级次增加反而减小的"过犹不及"和"失之毫厘,差之千里"的现象;即使各个(独立)子系统均是混沌的,其级联后的系统也有不是混沌的情况;反之,即使各个(独立)子系统均不是混沌的,其级联后的系统也有混沌的情况;而且,级联后的系统是否是混沌的,与其构成级联系统的子系统的序有关.最后,指出了级联级次对级联系统存在着利、弊两种影响,由此揭示了变参级联混沌系统存在的潜在风险.研究结果为系统安全性、密钥(混乱度)质量的科学评价提供了重要的理论依据.     

格子复杂性和符号序列的细粒化

提出一种新的有限长一维符号序列的复杂性度量——格子复杂性，建立在Lempel Ziv复杂性和一维迭代映射系统的符号动力学基础上.同时提出了符号序列的细粒化方法，可与格子复杂性以及Lempel Ziv复杂性结合.新度量在细粒化指数较小时与Lempel Ziv复杂性基本一致，在细粒化指数增大时显示出截然不同的特性.以Logistic映射为对象的计算实验表明，格子复杂性对混沌区的边缘最敏感.最后还讨论了上述复杂性度量的其他一些重要性质. 关键词： 混沌 复杂性度量 格子复杂性 细粒化     

Comparing mechanical analysis with generalized-competitive-mode analysis for the plasma chaotic system

The plasma chaotic system is a dissipative dynamical system modeled by a parametric plasma instability arising from the interaction of the whistler and ion acoustic waves with the plasma oscillation near the lower hybrid resonance. The amplitudes of these three oscillations obey a three-dimensional system of ordinary differential equations that exhibits chaos for certain parameter values. Besides the maximal Lyapunov exponent technique, a generalized-competitive-mode (GCM) technique has been proposed to evaluate parameter values associated with chaos. A mechanical analysis has also been proposed to reveal the mechanisms underlying the different dynamical modes including chaos. In a series of comparisons between the GCM analysis and mechanical analysis, chaos for the plasma chaotic system is determined. The mechanism and causes by which the plasma chaotic system produces different dynamical behaviors are interpreted. Furthermore, using the whistler-parameter variation of the Casimir function and Casimir power for the plasma system, the generating mechanisms of the different orbital modes and the different levels of chaos are uncovered.     

指向Lyapunov指数及其在单输入单输出系统故障检测中的应用

针对单输入单输出系统的故障检测, 采用混沌振荡器作为激励源, 并利用非一致延迟时间法对被测系统输出时间序列进行相空间重构. 在相空间中平衡点附近定义了指向Lyapunov指数, 并用其对被测系统输出在相空间中平衡点附近特征结构进行分析, 实现了对单输入单输出系统的故障检测. 仿真结果表明, 被测系统的参数变化将会引起相空间中平衡点附近特征结构的改变, 指向Lyapunov指数对其变化敏感. 关键词： 混沌激励 指向Lyapunov指数 故障检测 单输入单输出系统     

Chaos control and synchronization in Bragg acousto-optic bistable systems driven by a separate chaotic system

In this paper we propose a new scheme to achieve chaos control and synchronization in Bragg acousto-optic bistable systems. In the scheme, we use the output of one system to drive two identical chaotic systems. Using the maximal conditional Lyapunov exponent (MCLE) as the criterion, we analyze the conditions for realizing chaos synchronization. Numerical calculation shows that the two identical systems in chaos with negative MCLEs and driven by a chaotic system can go into chaotic synchronization whether or not they were in chaos initially. The two systems can go into different periodic states from chaos following an inverse period-doubling bifurcation route as well when driven by a periodic system.     

非周期力在混沌控制中的双重功效

探讨了非周期力（有界噪声或混沌驱动力）在非线性动力系统混沌控制中的影响.以一类典型的含有五次非线性项的Duffing-van der Pol系统为范例,通过对系统的轨道、最大Lyapunov指数、功率谱幅值及Poincar截面的分析,发现适当幅值的有界噪声或混沌信号,一方面可以消除系统对初始条件的敏感依赖性,抑制系统的混沌行为,将系统的混沌吸引子转化为奇怪非混沌吸引子;另一方面也可以诱导系统的混沌行为,将系统的周期吸引子转化为混沌吸引子.从而揭示了非周期力在混沌控制中的双重功效：抑制混沌和诱导混沌. 关键词： 混沌控制 有界噪声 混沌驱动力     

PV型HgCdTe光电探测器中的混沌及其诊断

 对激光辐照半导体光电探测器的实验研究，发现当一束不太强的稳定连续波激光照射在PV型HgCdTe光电探测器上时，可以引起探测器出现混沌行为。利用光电探测器的光电压信号随时间变化的实验数据，通过求功率谱、计算Lyapunov指数对混沌进行了诊断。     

Experimental characterization of DFB and FP chaotic lasers with strong incoherent optical feedback

We have experimentally investigated chaotic power oscillations in single-longitudinal mode DFB and multi-longitudinal mode FP lasers as a function of incoherent optical feedback strengths of up to 42%. We have demonstrated the existence of chaos in the output oscillations of both laser types using classical experimental tools such as RF spectrum, standard deviation, and maximum Lyapunov exponent, which all increase with increasing of feedback strength for both in single-longitudinal mode DFB lasers and multi-longitudinal mode FP lasers. It is also shown that power switching among longitudinal modes of multimode FP semiconductor laser is a considerable portion of the chaotic power oscillations for both strong and weak incoherent optical feedback.     

An Improved Calculation Formula of the Extended Entropic Chaos Degree and Its Application to Two-Dimensional Chaotic Maps

The Lyapunov exponent is primarily used to quantify the chaos of a dynamical system. However, it is difficult to compute the Lyapunov exponent of dynamical systems from a time series. The entropic chaos degree is a criterion for quantifying chaos in dynamical systems through information dynamics, which is directly computable for any time series. However, it requires higher values than the Lyapunov exponent for any chaotic map. Therefore, the improved entropic chaos degree for a one-dimensional chaotic map under typical chaotic conditions was introduced to reduce the difference between the Lyapunov exponent and the entropic chaos degree. Moreover, the improved entropic chaos degree was extended for a multidimensional chaotic map. Recently, the author has shown that the extended entropic chaos degree takes the same value as the total sum of the Lyapunov exponents under typical chaotic conditions. However, the author has assumed a value of infinity for some numbers, especially the number of mapping points. Nevertheless, in actual numerical computations, these numbers are treated as finite. This study proposes an improved calculation formula of the extended entropic chaos degree to obtain appropriate numerical computation results for two-dimensional chaotic maps.