專利名稱：多路信息加密混沌通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混沌保密通信，特別是涉及對(duì)多路信息進(jìn)行加密的混沌通信技術(shù)，具體是指采用一個(gè)混沌產(chǎn)生器實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信息加密的混沌通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、如何產(chǎn)生用于混沌保密通信中所需的各種混沌電路是近年來非線性電路與系統(tǒng)學(xué)科研究的一個(gè)新的領(lǐng)域，如蔡氏電路、MCK超混沌電路、洛倫茲電路等。近年來，美國學(xué)者Sprott于2000年前后提出了一類新的三階混沌電路，其主要特征是產(chǎn)生單螺旋、單層雙螺旋混沌吸引子。在國內(nèi)，尹元昭研究員則在蔡氏電路的基礎(chǔ)上，于1998年發(fā)明了變形蔡氏電路。
2、用一個(gè)混沌產(chǎn)生器實(shí)現(xiàn)對(duì)一路信息進(jìn)行加密是混沌保密通信中的一種最常見的模式，目前在國內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)研究這類問題，并取得了一系列成果，如尹元昭研究員所提出的單線混沌保密通信系統(tǒng)和雙線混沌保密通信系統(tǒng)等。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步研究用一個(gè)混沌產(chǎn)生器實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信息進(jìn)行加密的混沌通信方案。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一個(gè)混沌產(chǎn)生器實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信息加密的混沌通信系統(tǒng)。
1、本發(fā)明的內(nèi)容之一是，在Sprott提出的產(chǎn)生單螺旋、單層雙螺旋混沌電路的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)造一個(gè)新的非線性函數(shù)，隨著其轉(zhuǎn)折點(diǎn)值α在0＜α＜1范圍內(nèi)的變化，可產(chǎn)生單螺旋、雙層雙螺旋、單層雙螺旋三種不同類型的混沌吸引子，其中雙層雙螺旋混沌吸引子是一種新型混沌吸引子。
2、本發(fā)明的主要目的是，在上述1的混沌產(chǎn)生器環(huán)路中每一個(gè)積分器的輸出端串入一個(gè)加法器，用一個(gè)三階混沌產(chǎn)生器實(shí)現(xiàn)對(duì)3路信息的加密；在接收端利用自同步后的混沌信號(hào)，可在三個(gè)減法器中解密出原三路信息。這種只用一個(gè)混沌產(chǎn)生器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路混沌保密通信的方法是區(qū)別于其它混沌保密通信模式的一個(gè)主要特征。
本發(fā)明的多路信息加密混沌通信系統(tǒng)，包括混沌產(chǎn)生器、信道、多路信息混沌加密器和多路信息混沌解密器四部分相互連接組成；其中發(fā)送端的多路信息混沌加密器通過混沌產(chǎn)生器同時(shí)對(duì)三路信息S1、S2、S3進(jìn)行加密，產(chǎn)生三路混沌加密信號(hào)SC1、SC2、SC3；接收端的多路信息混沌解密器則通過自同步后的混沌信號(hào)，可在三個(gè)減法器B1、B2、B3中解密出原三路信息；其連接關(guān)系為(1)加密器中加法器A1的輸出信號(hào)SC1分別與解密器中減法器B1的同相端以及節(jié)點(diǎn)C1相連，解密器中積分器D1的輸出與減法器B1的反相端相連；(2)加密器中加法器A2的輸出信號(hào)SC2分別與解密器中減法器B2的同相端以及轉(zhuǎn)換開關(guān)K1的1端相連，解密器中積分器D2的輸出與減法器B2的反相端相連；(3)加密器中加法器A3的輸出信號(hào)SC3分別與解密器中減法器B3的同相端以及轉(zhuǎn)換開關(guān)K2的1端相連，解密器中積分器D3的輸出與減法器B3的反相端相連。
上述混沌產(chǎn)生器能產(chǎn)生單螺旋、雙層雙螺旋、單層雙螺旋三種不同類型混沌吸引子，混沌產(chǎn)生器包括子電路N1；調(diào)節(jié)子電路N1中的電阻Rb，當(dāng)滿足32kΩ≤Rb≤36kΩ時(shí)，產(chǎn)生單螺旋混沌吸引子；當(dāng)滿足43kΩ≤Rb≤50kΩ時(shí)，產(chǎn)生雙層雙螺旋混沌吸引子；當(dāng)滿足50kΩ＜Rb＜∞時(shí)，產(chǎn)生單層雙螺旋混沌吸引子；其中雙層雙螺旋混沌吸引子則是一種新型混沌吸引子。
上述多路信息混沌加密器，在混沌產(chǎn)生器中積分器E1的輸出端串入加法器A1，在積分器E2的輸出端串入加法器A2，在積分器E3的輸出端串入加法器A3，構(gòu)成了發(fā)送端的多路信息混沌加密器，對(duì)1～3路信息進(jìn)行加密。
上述多路信息混沌解密器利用一個(gè)混沌產(chǎn)生器可同時(shí)對(duì)多路信息進(jìn)行加密；當(dāng)開關(guān)K1位于2、開關(guān)K2位于2時(shí)，加密一路信息S1；當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于2時(shí)，同時(shí)加密兩路信息S1、S2；當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于1時(shí)，同時(shí)加密三路信息S1、S2、S3。
上述多路信息混沌解密器能對(duì)多路信息進(jìn)行解密；當(dāng)開關(guān)K1位于2、開關(guān)K2位于2時(shí)，解密一路信息S1；當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于2時(shí)，同時(shí)解密兩路信息S1、S2；當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于1時(shí)，同時(shí)解密三路信息S1、S2、S3。
本發(fā)明的多路信息加密混沌通信系統(tǒng)如圖1所示。圖1中多路信息加密器和多路信息解密器所采用的混沌產(chǎn)生器如圖2所示，它可產(chǎn)生單螺旋、雙層雙螺旋、單層雙螺旋三種不同類型的混沌吸引子。圖2中的非線性函數(shù)f(x)如圖3所示，可由圖2中的子電路N1產(chǎn)生。圖4～6為該混沌產(chǎn)生器的分岔圖、李氏指數(shù)譜和最大李氏指數(shù)以及混沌吸引子的相圖。
發(fā)送端的多路信息混沌加密器如圖7所示。在多路信息混沌加密器中，基于級(jí)聯(lián)閉環(huán)原理，在發(fā)送端通過一個(gè)混沌產(chǎn)生器以及級(jí)聯(lián)的三個(gè)加法器A1、A2、A3，可加密三路信息S1、S2、S3，從而產(chǎn)生三路混沌加密信號(hào)SC1、SC2、SC3。三路混沌加密信號(hào)SC1、SC2、SC3經(jīng)信道傳輸?shù)浇邮斩恕?br> 在接收端的多路信息混沌解密器中，基于閉環(huán)逆系統(tǒng)原理，通過自同步后的混沌信號(hào)，在減法器B1、B2、B3中分別對(duì)原信號(hào)進(jìn)行解密，還原出原三路信息。在參數(shù)匹配的情況下，對(duì)三路信息進(jìn)行加密和解密的時(shí)域波形如圖8所示。
本發(fā)明的多路信息加密混沌通信系統(tǒng)具有如下三個(gè)主要特征(1)只利用一個(gè)混沌產(chǎn)生器可同時(shí)對(duì)多路信息進(jìn)行加密。當(dāng)開關(guān)K1位于2、開關(guān)K2位于2時(shí)，可加密一路信息S1。當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于2時(shí)，可同時(shí)加密兩路信息S1、S2。當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于1時(shí)，可同時(shí)加密三路信息S1、S2、S3。
(2)由于采用級(jí)聯(lián)閉環(huán)逆系統(tǒng)原理，發(fā)送端系統(tǒng)與接收端系統(tǒng)具有完全相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步而不受有用信息大小調(diào)制的影響，在發(fā)送端與接收端參數(shù)匹配的情況下，可使解調(diào)出的信息具有較高的保真度。
(3)該系統(tǒng)中的混沌產(chǎn)生器可產(chǎn)生單螺旋、雙層雙螺旋、單層雙螺旋三種不同類型的混沌吸引子，而雙層雙螺旋混沌吸引子則是一種新型混沌吸引子。


圖1為本發(fā)明的多路信息加密混沌通信系統(tǒng)圖2為多路信息加密器和多路信息解密器所采用的混沌產(chǎn)生器圖3為混沌產(chǎn)生器中的非線性函數(shù)圖4為混沌產(chǎn)生器的分岔5為混沌信號(hào)的李氏指數(shù)譜λ1，λ2，λ3與最大李氏指數(shù)譜λmax圖6(a)為混沌產(chǎn)生器的單螺旋混沌吸引子的相6(b)為混沌產(chǎn)生器的雙層雙螺旋混沌吸引子的相6(c)為混沌產(chǎn)生器的單層雙螺旋混沌吸引子的相7為發(fā)送端的多路信息混沌加密器圖8為發(fā)送端與接收端參數(shù)匹配時(shí)對(duì)三路信息加密及解密的時(shí)域波形以上圖1、2、7中各有源器件供電電壓均為±15V。
本發(fā)明的多路信息加密混沌通信系統(tǒng)如圖1所示。圖1中多路信息加密器和多路信息解密器所采用的混沌產(chǎn)生器如圖2所示，它可產(chǎn)生單螺旋、雙層雙螺旋、單層雙螺旋三種不同類型的混沌吸引子。圖2中的非線性函數(shù)f(x)如圖3所示，可由圖2中的子電路N1產(chǎn)生。圖4～6為該混沌產(chǎn)生器的分岔圖、李氏指數(shù)譜和最大李氏指數(shù)以及混沌吸引子的相圖。
發(fā)送端的多路信息混沌加密器如圖7所示。在多路信息混沌加密器中，基于級(jí)聯(lián)閉環(huán)原理，在發(fā)送端通過一個(gè)混沌產(chǎn)生器以及級(jí)聯(lián)的三個(gè)加法器A1、A2、A3，可加密三路信息S1、S2、S3，從而產(chǎn)生三路混沌加密信號(hào)SC1、SC2、SC3。三路混沌加密信號(hào)SC1、SC2、SC3經(jīng)信道傳輸?shù)浇邮斩恕?br> 在接收端的多路信息混沌解密器中，基于閉環(huán)逆系統(tǒng)原理，通過自同步后的混沌信號(hào)，在減法器B1、B2、B3中分別對(duì)原信號(hào)進(jìn)行解密，還原出原三路信息。在參數(shù)匹配的情況下，對(duì)三路信息進(jìn)行加密和解密的時(shí)域波形如圖8所示。
具體實(shí)施方式
Sprott于2000年提出了產(chǎn)生單螺旋、單層雙螺旋混沌電路，其狀態(tài)方程為dx/dτ=ydy/dτ=zdz/dτ=-βz-y+f(x)---(1)]]>式中β＝0.6。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)造一個(gè)新的三個(gè)分段線性奇函數(shù)f(x)f(x)=-x+12α(|x+α|-|x-α|)=-x-1x<-α(1-α)x/α-α≤x≤α-x+1x>α---(2)]]>式中α為變參數(shù)，其物理意義代表三個(gè)分段線性函數(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)值。由(1)式和(2)式所得新的混沌電路如圖2所示，f(x)的函數(shù)關(guān)系如圖3所示，其中兩側(cè)區(qū)域中直線段的斜率為固定值k＝-1，中間區(qū)域中直線段的斜率為(1-α)/α，隨α的變化而改變。圖3中還示出了α分別為0、0.25、0.5、0.75、1、1.25時(shí)的情況，并用六個(gè)不同符號(hào)表示這些轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置。
f(x)可由圖2中的子電路N1產(chǎn)生。調(diào)節(jié)N1中Rb的大小，可改變?chǔ)恋闹?。?dāng)滿足32kΩ≤Rb≤36kΩ時(shí)，可產(chǎn)生單螺旋混沌吸引子；當(dāng)滿足43kΩ≤Rb≤50kΩ時(shí)，可產(chǎn)生雙層雙螺旋混沌吸引子；當(dāng)滿足50kΩ＜Rb＜∞時(shí)，可產(chǎn)生單層雙螺旋混沌吸引子。特別是，當(dāng)Rb→∞時(shí)，α→0，Sprott所提出的產(chǎn)生單層雙螺旋混沌吸引子可視為當(dāng)α＝0時(shí)這一情況的特例。
隨著α的變化，圖2所示的混沌產(chǎn)生器將從倍周期分岔進(jìn)入混沌，進(jìn)而可產(chǎn)生單螺旋、雙層雙螺旋、單層雙螺旋三種不同類型的混沌信號(hào)。當(dāng)α＞1時(shí)系統(tǒng)位于零點(diǎn)處的平衡點(diǎn)，0.55＜α＜1進(jìn)入倍周期分岔，0＜α＜0.55為周期運(yùn)動(dòng)與混沌運(yùn)動(dòng)交替出現(xiàn)的區(qū)域，其分岔圖如圖4所示。其李氏指數(shù)譜λ1，λ2，λ3以及最大李氏指數(shù)譜λmax如圖5所示，處于混沌狀態(tài)時(shí)，它具有一個(gè)正的李氏指數(shù)。
這種混沌產(chǎn)生器的一個(gè)主要特點(diǎn)是，隨著α的變化，它可產(chǎn)生單螺旋、雙層雙螺旋、單層雙螺旋三種不同類型的混沌吸引子。根據(jù)圖4所示的分岔圖可知，在0.50＜α＜0.52、0.465＜α＜0.483的兩個(gè)區(qū)域中存在單螺旋混沌吸引子，在α1＝0.355，α2＝0.365，α3＝0.390，α4＝0.415四個(gè)點(diǎn)的鄰近區(qū)域中存在雙層雙螺旋混沌吸引子，而在0＜α＜0.30的區(qū)域內(nèi)則存在單層雙螺旋混沌吸引子，分別如圖6所示。
發(fā)送端的多路信息混沌加密器如圖7所示。這種混沌加密器的工作原理及主要特點(diǎn)是，基于級(jí)聯(lián)閉環(huán)的工作原理，在環(huán)路中每一個(gè)積分器的輸出端串入一個(gè)加法器，從而可對(duì)1～3路信息進(jìn)行加密，這種方法可推廣至用一個(gè)N階混沌產(chǎn)生器加密N路信息的情形，同時(shí)也是它區(qū)別于其它混沌加密器(或混沌調(diào)制器)的一個(gè)主要特點(diǎn)。根據(jù)圖1和圖7，當(dāng)開關(guān)K1位于2、開關(guān)K2位于2時(shí)，可加密一路信息S1。當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于2時(shí)，可同時(shí)加密兩路信息S1、S2。當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于1時(shí)，可同時(shí)加密三路信息S1、S2、S3。
根據(jù)圖1，利用接收端的多路信息混沌解密器，可對(duì)多路信息進(jìn)行解密。基于閉環(huán)逆系統(tǒng)的工作原理，在接收端利用自同步后的混沌信號(hào)，可在三個(gè)減法器B1、B2、B3中分別對(duì)原信號(hào)進(jìn)行解密，還原出原三路信息。當(dāng)開關(guān)K1位于2、開關(guān)K2位于2時(shí)，可解密一路信息S1。當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于2時(shí)，可同時(shí)解密兩路信息S1、S2。當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于1時(shí)，可同時(shí)解密三路信息S1、S2、S3。由于采用級(jí)聯(lián)閉環(huán)逆系統(tǒng)的工作原理，發(fā)送端系統(tǒng)與接收端系統(tǒng)具有完全相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步而不受有用信息大小調(diào)制的影響，在發(fā)送端與接收端參數(shù)匹配的情況下，可使解調(diào)出的信息具有較高的保真度。
調(diào)節(jié)圖7中的電阻Rb，當(dāng)它取不同的數(shù)值時(shí)，能使混沌產(chǎn)生器產(chǎn)生單螺旋、雙層雙螺旋、單層雙螺旋三種不同類型的混沌吸引子。取Rb＞50kΩ，可使混沌產(chǎn)生器產(chǎn)生單層雙螺旋混沌吸引子。在此基礎(chǔ)上，對(duì)三種不同頻率的正弦波S1=502sin0.8×103t(mV),]]>S2=502sin0.9×103t(mV),]]>S3=502sin1.0×103t(mV)]]>進(jìn)行加密，三路混沌加密信號(hào)SC1、SC2、SC3以及在接收端解調(diào)后信號(hào)的時(shí)域波形如圖8所示。
權(quán)利要求
1.一種多路信息加密混沌通信系統(tǒng)，其特征在于包括混沌產(chǎn)生器、信道、多路信息混沌加密器和多路信息混沌解密器四部分相互連接組成；其中發(fā)送端的多路信息混沌加密器通過混沌產(chǎn)生器同時(shí)對(duì)三路信息S1、S2、S3進(jìn)行加密，產(chǎn)生三路混沌加密信號(hào)SC1、SC2、SC3；接收端的多路信息混沌解密器則通過自同步后的混沌信號(hào)，可在三個(gè)減法器B1、B2、B3中解密出原三路信息；其連接關(guān)系為(1)加密器中加法器A1的輸出信號(hào)SC1分別與解密器中減法器B1的同相端以及節(jié)點(diǎn)C1相連，解密器中積分器D1的輸出與減法器B1的反相端相連；(2)加密器中加法器A2的輸出信號(hào)SC2分別與解密器中減法器B2的同相端以及轉(zhuǎn)換開關(guān)K1的1端相連，解密器中積分器D2的輸出與減法器B2的反相端相連；(3)加密器中加法器A3的輸出信號(hào)SC3分別與解密器中減法器B3的同相端以及轉(zhuǎn)換開關(guān)K2的1端相連，解密器中積分器D3的輸出與減法器B3的反相端相連。
2.按權(quán)利要求1所述的多路信息加密混沌通信系統(tǒng)，其特征是上述混沌產(chǎn)生器能產(chǎn)生單螺旋、雙層雙螺旋、單層雙螺旋三種不同類型混沌吸引子，混沌產(chǎn)生器包括子電路N1；調(diào)節(jié)子電路N1中的電阻Rb，當(dāng)滿足32kΩ≤Rb≤36kΩ時(shí)，產(chǎn)生單螺旋混沌吸引子；當(dāng)滿足43kΩ≤Rb≤50kΩ時(shí)，產(chǎn)生雙層雙螺旋混沌吸引子；當(dāng)滿足50kΩ＜Rb＜∞時(shí)，產(chǎn)生單層雙螺旋混沌吸引子；其中雙層雙螺旋混沌吸引子則是一種新型混沌吸引子。
3.按權(quán)利要求1所述的多路信息加密混沌通信系統(tǒng)，其特征是上述多路信息混沌加密器，在混沌產(chǎn)生器中積分器E1的輸出端串入加法器A1，在積分器E2的輸出端串入加法器A2，在積分器E3的輸出端串入加法器A3，構(gòu)成了發(fā)送端的多路信息混沌加密器，對(duì)1～3路信息進(jìn)行加密。
4.按權(quán)利要求1所述的多路信息加密混沌通信系統(tǒng)，其特征是上述多路信息混沌解密器利用一個(gè)混沌產(chǎn)生器可同時(shí)對(duì)多路信息進(jìn)行加密；當(dāng)開關(guān)K1位于2、開關(guān)K2位于2時(shí)，加密一路信息S1；當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于2時(shí)，同時(shí)加密兩路信息S1、S2；當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于1時(shí)，同時(shí)加密三路信息S1、S2、S3。
5.按權(quán)利要求1所述的多路信息加密混沌通信系統(tǒng)，其特征是上述多路信息混沌解密器能對(duì)多路信息進(jìn)行解密；當(dāng)開關(guān)K1位于2、開關(guān)K2位于2時(shí)，解密一路信息S1；當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于2時(shí)，同時(shí)解密兩路信息S1、S2；當(dāng)開關(guān)K1位于1、開關(guān)K2位于1時(shí)，同時(shí)解密三路信息S1、S2、S3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多路信息加密混沌通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括混沌產(chǎn)生器、信道、多路信息混沌加密器和多路信息混沌解密器四部分相互連接組成；其中發(fā)送端的多路信息混沌加密器通過混沌產(chǎn)生器同時(shí)對(duì)三路信息S
文檔編號(hào)H04K1/02GK1645781SQ20041001523
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2004年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月19日
發(fā)明者禹思敏 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)