一种新型混沌产生器

通过构造一个转折点值α可变的三分段线性奇函数，研究一种新型混沌产生器.这种混沌产生器的主要特征是，随着转折点值α在0<α≤1范围内变化时，系统从倍周期分岔进 入混沌状态，可产生双层单螺旋、单层单螺旋、双层双螺旋和单层双螺旋四种不同类型的混沌吸引子，其中双层单螺旋和双层双螺旋为本电路实验中所发现的两类新型混沌吸引子.分析了这种混沌产 生器随α值在0<α≤1范围内变化时的分岔图、李雅普诺夫指数谱、最大李雅普诺夫指 数λ_max以及单层双螺旋和双层双螺旋的功率谱.在此基础上设计硬件电路，进行了计算机模拟和电路实 关键词： 混沌产生器 双层双螺旋 双层单螺旋 电路实验     

一种新型的混沌伪随机数发生器

针对z-logistic这类特殊的混沌映射，实现了有限位计算精度下其真实演化轨道的精确计算.将该生成轨道的二值粗粒化输出用作伪随机序列，很大程度上保留了定义在实数域上混沌随机数发生器作为理想信息源的统计特性和随机特性，使得这种伪随机数发生器优良的统计分布和密码学性能得到理论上的强力支持.此外，该伪随机数发生器的周期长度可准确预测，采用简单算法可有效排除产生短周期的弱密钥，克服了传统混沌伪随机数发生器存在弱密钥且无法简单排除的重大缺陷.理论分析和数值实验验证了这种新型混沌伪随机数发生器在周期长度、统计分布和 关键词： 混沌 伪随机数发生器 信息源     

基于大气湍流光闪烁的真随机数提取研究

针对真随机数生成问题，提出基于大气湍流光闪烁图像的真随机数提取方法。利用相机获取波长为532 nm的激光经过大气湍流传输后的光斑图像，根据其闪烁特性，分别采用固定间隔选取和多步长选取的方式选取光斑图像，固定间隔选择50帧，多步长选择30帧、70帧和100帧，得到的光斑图像相关性很弱，相关系数均小于0.3，由于湍流效应的影响，图像中的像素点发生无规则变化，通过对像素点作组合计算以提取随机序列；通过NIST(national institute of science and technology)随机性测试的方法，对提取的随机序列进行测试。实验结果表明:固定间隔选取的随机序列随机效果一般，测试结果存在P值小于0.01的情况，而多步长选取测试的P值均大于0.01，可以通过随机性测试。     

基于混沌激光产生1 Gbit/s的随机数

利用光反馈半导体激光器产生的混沌激光作为随机数发生器的物理熵源,通过8位 ADC将熵源信息转化为二进制码,并经后续差分运算处理改善其随机性,最终获得了1 Gbit/s的随机数.所产生的随机数通过了NIST Special Publication 800-22的全部测试项. 关键词： 混沌激光 随机数发生器 半导体激光器 模数转换     

基于激光器阵列后处理的混沌熵源获取高品质随机数

本文提出采用可集成的激光器阵列后处理光反馈半导体激光器的输出,进而获得无时延特征的优质混沌熵源,进一步获取高速高品质随机数序列.方案中采用常规的8位模数转换采样量化和多位最低有效位异或提取处理,采用国际公认的随机数行业测试标准(NIST SP 800-22)来检验产生的序列.结果表明,通过激光器阵列后处理的混沌熵源所获取的随机数序列具有均匀的分布特性,散点图无明显图案,可以成功通过NIST SP 800-22的全部测试.另外,基于激光器阵列的可扩展性,本方案可以拓展为可实现同时产生多路并行的高速高品质随机数发生器.     

基于光子间隙随机分布的任意进制真随机数源

根据激光光子数的泊松分布特征，通过衰减脉冲激光的光强度使衰减后平均每十个脉冲含有一个光子，该光子在十个脉冲中位置的分布是随机的，也即任意二十个脉冲中的两个光子的间隙时间是随机的。基于该随机间隙时间可产生真随机数序列，不仅可以产生二进制随机数，也可产生多进制的。实验上分别制备了二进制和十进制真随机数序列；对数据量为100M的样本进行通用的ENT程序随机性检验，检测结果很好。此外，该实验方案具有抗干扰能力强、便于集成、随机数产生速率容易提高等优点，可广泛应用于保密通信、身份验证、Monte Carlo计算、彩票游戏等领域。     

面向全光物理随机数发生器的混沌实时光采样研究

基于混沌激光实现全光物理随机数发生器的物理基础是完成对混沌光信号的高速实时全光采样. 本文利用偏振无关的SOA构建出TOAD全光采样门, 以光反馈半导体激光器产生混沌激光, 对混沌激光的全光采样可行性进行了原理性实验论证, 实现了对光反馈半导体激光器产生的6.4 GHz带宽的混沌激光5 GSa/s的实时、高保真全光采样. 进一步研究显示, 光采样周期与外腔反馈时间成比例与否对混沌信号弱周期性的抑制水平影响显著. 当两者不成比例时, 可有效消除原始混沌信号的弱周期性, 有利于高质量物理随机数的产生.     

外腔半导体激光器随机数熵源的腔长分析

利用光反馈半导体激光器产生的混沌激光作为随机数熵源,详细研究了混沌源外腔长度对500Mbit/s随机数特性的影响.研究表明:在单路混沌源情况下,外腔反馈引起的谐振会使产生的随机序列具有弱周期性,且当外腔反馈时间与采样时间的比值为整数时,产生序列的随机性最差,仅能通过NIST统计测试2,3项;在两路混沌源情况下,当混沌源的外腔长不相等且不成比例时,通过两路异或处理可消除由外腔反馈引起的弱周期性,产生的随机序列能够通过NIST的全部统计测试项.     

混沌体系中寻找周期轨迹的方法

一个不可积混沌体系，由于扰动而遭到破坏时，存活的周期轨迹体现了体系的本质特征，是 体系的运动骨架.在一定程度上， 可以由周期轨迹来量子化不可积体系，这充分说明了 周期轨迹的重要性.而寻找周期轨迹，也就成为研究混沌体系动力学特性以及对混沌体系进 行量子化的关键问题.结合具体实例，给出了3种常用的寻找周期轨迹方法，并详细探讨了各 种方法的优缺点和适用范围. 关键词： 周期轨迹 数值方法 混沌     

线宽增强因子对光反馈半导体激光器混沌信号生成随机数性能的影响

基于光反馈半导体激光器产生的宽带混沌信号作为物理熵源生成物理随机数已得到广泛研究.线宽增强因子的存在会导致半导体激光器出现大量不稳定动态特性,因此,本文着重研究半导体激光器的线宽增强因子对生成随机数性能的影响.数值仿真结果表明:随着线宽增强因子的增加,光反馈半导体激光器输出混沌信号的延时峰值逐渐减小、最大李雅普诺夫指数逐渐增大.基于不同线宽增强因子下产生的混沌信号提取随机数,并利用NIST SP 800-22软件对生成随机数的性能进行测试.测试结果表明,选取线宽增强因子较大的半导体激光器产生混沌信号作为物理熵源易于生成性能良好的随机数.     

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     

基于混沌理论的太阳黑子数平滑月均值预报

太阳黑子活动长期预报对航天、通讯、防灾等具有重要的指导意义. 针对加权一阶局域法在多步预测时存在累积误差效应, 建立了基于相空间重构技术的径向基函数神经网络预测模型. 用该模型对第22, 23 太阳周黑子数平滑月均值进行逐月预报, 并与实测值进行比较. 结果表明, 预报的绝对误差可以控制在15.00 以内, 平均绝对误差分别为5.47, 2.83, 相对误差控制在15.00%以内, 平均相对误差分别为5.45%, 4.60%, 验证了该模型在预测太阳黑子数时具有较高的精度. 将该预测模型用于第24 太阳周黑子数平滑月均值预报, 做出了自2009 年1月到2019年12月共132 个月的黑子数平滑月均值的预报, 指出黑子数平滑月均值的最大值为104.77, 将出现的时间为2013年1月.     

利用光电鼠标实现玻尔共振仪混沌现象的数据采集

用半导体激光器作为光源,利用鼠标接收经由金属物体漫反射的激光,实现了对玻尔共振仪产生混沌现象的数据进行非接触的测量过程.     

基于混沌计算的全加器实现

混沌计算是一种使用混沌单元实现基本逻辑门的新计算模式. 基于混沌计算的思想提出了实现全加器的新方法,通过设定不同的阀值及判断条件,使用一个混沌单元实现全加器. 与传统全加器的实现相比,降低了全加器结构上的复杂性,提供了实现上的灵活性. 最后,以Logistic映射为例给出了使用一个混沌单元实现全加器的方法. 关键词： 混沌 混沌计算 全加器     

用自适应脉冲微扰引导混沌系统到周期解

用自适应脉冲微扰方法控制的系统的某个系统变量作为驱动,设计了一种自适应控制器方法对两个或多个响应混沌系统进行脉冲微扰,引导这些系统从混沌运动到低周期运动,实现同时控制多个混沌系统到不同的周期态. 当选择相同的自适应控制器输入变量实施脉冲微扰时,还可控制两个或多个混沌系统达到不同的周期态同步. 通过对R?ssler混沌系统的仿真研究证实了方法的有效性. 关键词： 混沌控制 系统参量 自适应控制器 脉冲微扰 周期态同步     

利用混沌信号幅值实现混沌同步

构造了一个三维混沌系统, 简要分析了该混沌系统的平衡点性质、混沌吸引子相图和Lyapunov指数等特性. 在此基础上, 利用反馈同步思想设计了一种利用混沌信号部分信息实现混沌同步的方法, 完成了三维混沌系统的同步. 该方法仅利用混沌信号幅值信息即可实现两个混沌系统的同步, 其同步建立与混沌信号的极性无关, 此特性可有效提高混沌通信质量. 通过分析系统的条件Lyapunov指数证实该方法的有效性, 数值仿真表明该方法与利用混沌信号全部信息的线性反馈同步法相比, 同步建立时间基本相同.     

Combining random number generators using cut and project sequences

This paper discusses the use of aperiodic (binary or ternary) sequences in combining pseudorandom number generators (RNG). We introduce a method for combining two or three RNGs using cut and project sequences. This combination method produces aperiodic number sequences having no lattice structure. Theoretical results are announced. This work was partially supported by the Bell Canada University Laboratory, NSERC of Canada and FCAR of Québec. Presented by L.-S. Guimond at the DI-CRM Woprkshop held in Prague, 18–21 June 2000.     

基于符号序列描述的一类分段光滑系统中分岔现象与混沌分析

从拓扑序列出发，提出了描述DC/DC变换器一类分段光滑系统中的分岔现象和混沌行为的符号序列方法，根据最大子序列的性态判别分岔的类型，以及检测边界碰撞分岔的发生.例如,当发生倍周期分岔时，最大子序列保持不变；当发生边界碰撞分岔时，最大子序列发生变化；混沌态则没有最大子序列.研究表明，占空比是表征DC/DC变换器一类分段光滑系统动力学行为的一个最本质的量，“饱和非线性”是引起边界碰撞分岔产生的根本原因. 关键词： 符号序列 分岔 混沌 分段光滑系统     

倒摆运动的混沌行为

设计一个受周期外力驱动的倒摆实验装置,并建立该系统的动力学方程,用线性稳定性分析方法讨论了平衡点附近邻域的稳定性,利用数值计算并结合多种分析方法求解非线性方程并判断解的性质．通过改变系统参数,画出时域图、相图及分岔图,计算分析和实验发现,这个简单的力学系统存在十分丰富的动力学行为（分岔、混沌）．理论分析、数值模拟和实验结果一致．