基于混沌的隨機序列發(fā)生器設計及其應用.pdf

1、在現(xiàn)代工程實踐中，隨機序列廣泛地應用于信息安全、數字通信、雷達、密碼學、自動控制、聲學和光學測量以及數字網絡系統(tǒng)的故障檢測等領域中。隨著信息技術的高速發(fā)展，對隨機序列發(fā)生器提出了更高的要求，如何產生高質量、高性能的隨機序列成為國內外研究機構和學者廣泛關注的熱門課題。 混沌是非線性動力系統(tǒng)中一種始終限于有限區(qū)域且軌道永不重復、性態(tài)復雜的運動。由于混沌系統(tǒng)具有對初始狀態(tài)和控制參數的極端敏感性以及寬頻譜、類隨機等主要特性，這為產生高性

2、能的隨機序列提供很好的研究模型。本文利用混沌來設計隨機序列發(fā)生器，并對其進行了較為深入的研究，主要研究內容包括： 1. 歸納了隨機序列的產生方法及發(fā)展過程，簡單分析常見的隨機序列產生方法的優(yōu)缺點。介紹混沌的基本概念，并分析混沌序列與隨機序列之間的聯(lián)系與區(qū)別，表明混沌系統(tǒng)是天然的性能優(yōu)良的隨機序列發(fā)生器研究模型。 2. 對簡單的一維Logistic混沌映射進行理論分析，針對其存在密鑰少，不安全，易攻破的缺點，提出一種基于雙

3、Logistic映射模型產生二值隨機序列的方法，并通過隨機性能測試分析，表明此方法能得到性能良好的隨機序列。采用VHDL語言編程完成其在現(xiàn)場可編程門陣列FPGA數字硬件上的設計，其數字硬件設計具有簡單方便、穩(wěn)定可靠、速度快等優(yōu)點。最后嘗試在二值圖像加密上的應用，并簡單分析安全性。 3. 對復雜的三維連續(xù)混沌系統(tǒng)——Chen混沌系統(tǒng)的輸出序列進行較詳細的時、頻分析，針對其固有時頻缺陷進行算法上處理和改進，克服了產生混沌序列的有限精

4、度問題，能夠產生出高質量的隨機序列。利用Xilinx公司推出的新型設計工具——System Generator進行基于Chen系統(tǒng)的隨機序列發(fā)生器的FPGA數字化硬件設計，該方法大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)時間，設計靈活，操作簡單方便，硬件電路穩(wěn)定可靠。以圖像加密為例，分析其安全性，驗證了該隨機序列具有密鑰空間大、保密性增強、抗預測性好等優(yōu)點。 4. 因超混沌至少有兩個正的李雅譜諾夫指數，使得其動力學行為十分復雜，隨機性很強，所以利用它