混沌保密通信系统应用分析

混沌保密通信系统应用分析
作者：李振国高敏
来源：《硅谷》2015年第03期
摘要随着混沌同步保密通信技术的发展，混沌图像保密与加密成为人们研究热点，因此研究混沌的保密通信技术具有非常重要的实际应用价值。

关键词混沌；保密通信；应用
中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）03-0088-01
随着通信与计算机网络技术的快速发展，通过Internet传输的大量的图像数据信息可能涉及个人隐私、国家机密、企业秘密等，通过网络传输容易被有心人窃取、非法盗用、恶意复制和传播，给用户带来不可估量的损失。

因此，如何对这些信息进行保密和加密成为人们关注的焦点之一。

1 混沌的数字保密通信系统
数字通信系统是完成数字信号的产生、处理、传输的过程，相对于模拟通信系统，数字通信系统更能满足现代社会对通信技术越来越高的要求，其主要特点是：①易于加工、处理、变换、存储；②差错可控；③抗干扰能力强；④易于集成化，从而使通信设备微型化；⑤易于加密处理，且保密性好。

根据数字保密通信系统原理，利用混沌信号独有的特性对信息信号进行加密。

即用二值量化的混沌序列作为加密序列对编码后的信号进行加密。

混沌序列的数字保密通信系统框图如图1所示[1]，信源发出的信息经过模数变换转化为数字信号与数字混沌序列发生器产生的数字混沌序列进行异或运算，形成有用信号和混沌信号的混合信号，送到发射机；在接收端，必须使用相同的数字混沌序列才能恢复出原始信息，为能够正常通信，建立收发两端的同步是关键。

在此系统中[1]，由于加密序列是经过二值量化得到的混沌扩频序列，因而无法通过混沌序列恢复出信息信号，况且，窃密者缺乏必要的观察值，无法预测混沌序列，混沌序列的初始值和复合映射参数μ也就无法估计。

与传统的扩频序列相比，保密性大大提高了。

2 混沌的图像保密通信系统
依据变型蔡氏电路驱动-响应同步[2]保密通信系统原理，设计基于变型蔡氏电路驱动-响应同步数据保密通信系统框图如图2所示。

系统中有两个信道：模拟信道和数字信道。

模拟信道传送混沌驱动信号，使收发系统保持同步。

而数字信道将发射系统的驱动信号经模数变换与有用数字信号进行模二加，形成有用信
号与经过模数变换混沌信号的混合信号，即加密信号。

在接收端，混沌信号经过模数变换得到数字混沌序列与从数字信道发来的数据进行模二加进行解密，得到解密信号，此系统收发系统同步，使得，在这个通信系统中，信道中同时传输模拟信号和数字信号，而且这两种信号都是类随机信号，隐蔽性非常强，由此可见，此通信系统工作稳定可靠。

3 四阶蔡氏电路的混沌扩频序列
根据上述提出的方案，要把四阶蔡氏电路产生的混沌信号转换成混沌二进制序列，我们对四阶蔡氏电路输出的混沌电压信号进行采样，大于零时取1，小于零时取0，即得到一个二进制序列，四阶蔡氏电路输出的混沌信号经缓冲器隔离后，经过1比特量化，得到分别代表不同涡卷的二进制序列，最后通过由采样时钟控制的输出电路输出的二进制序列。

4 仿真结果
利用Matlab软件，取256×256Lena彩色图像进行实验
（ N=256）。

根据混沌数字图像保密通信系统方案，按四阶蔡氏电路驱动响应同步电路中参数和混沌加密保密原理编写程序，取初始值（）为（0.01，0.02，0.03，0.04）仿真时，发送端和接收端电路参数完全相同，保证收发系统完全同步。

从仿真结果看，原图像的信息在加密后已找不到任何痕迹，为随机乱码，利于图像的保密传输，这体现了混沌序列的良好的随机性。

而恢复原始图像信息与加密之前的图像信息没有任何区别。

同样，假如对文本文件进行加密，看到的是一片乱码，而解密后的文本文件不会丢失任何信息；对音频文件进行加密，真实声音完全淹没在噪声中，而解密后则能清晰地还原出原来的声音。

5 小结
本文利用传统的数字保密通信思路，提出一种保密通信方案，即把四阶蔡氏混沌系统产生的混沌扩频序列作为加密序列，采用驱动-响应同步法实现混沌保密通信系统的同步，并将其用于图像保密系统中，仿真结果表明，该方案鲁棒性强，保密好，有实用价值，可以用来实现对语音、数据、图像的保密。

参考文献
[1]高敏.扩频序列超混沌保密通信系统研究[D].长春理工大学，2006.
[2]莫晓华.混沌系统同步及其在保密通信中的应用[D].广西师范大学，2004.
作者简介
李振国（1975-），男，汉族，工程师，现为教师，本科学历，研究方向：电子信息工程。