Security analysis and modification of a chaotic encryption system

A type of digital chaotic encryption system was proposed in Ref. [1] which uses a class of 1-D piecewise linear (PWL) map to realize chaotic encryption and decryption system through the inverse system approach. In the general with the input terminal. In this paper we show that this cryptosystem can not frustrate chosen-cipher text attack. A type of chaotic encryption system based on self-synchronizing stream cipher is proposed. This system can avoid chosen-cipher text attack and has higher security.     

基于混沌映射的动态分组密码算法研究

提出一种基于混沌迭代映射的动态分组密码加密算法,充分利用了混沌的遍历性、伪随机性及对初始条件和参数的敏感性等特性.同时根据混沌序列仅由初始值和参数控制,易于生成的特点,采取了一种新的动态加密方案,提高了加密算法的安全性.仿真结果证明了该方法的有效性.     

Cipher quasi-chaotic code for frequency hopping communications

The chaotic frequency hopping (FH) communication systems have been presented so far. The chaotic sequences possesses good randomness and sensitive dependence on initial conditions, which is quite advantageous to run the FH codes in code-division multiple access (CDMA) systems. But the finite precision of computation and the fact of the low-dimensional chaos predicted easily cause difficulty in chaotic application. In this paper, some disadvantages associated with the conventional FH codes and the chaotic code scrambled by m-sequences are reviewed briefly. In order to overcome these drawbacks to some extents, a new higher performance FH code called cipher quasi-chaotic (CQC) code is proposed, which is generated by combining the clock-controlled stream cipher technique and chaotic dynamics. Performance analysis applying in FH communication systems of this kind of code is given. The privacy of the CQC sequence is also analyzed.     

基于OCML构造序列的Link16扩频方法

Link16数据链因其强抗干扰性被广泛应用于各大信息化作战平台, 但其传输速率和频带利用率并不高。针对这一问题, 提出一种基于单向耦合映像格子(one-way coupled map lattice, OCML)模型时空混沌序列的缩短码移位键控(truncated code shift keying, TCSK)方法。系统以OCML模型下的混沌序列作为扩频基码, 将每个承载信息的码片长度缩短为原来的1/P, 并将每个码片进行镜像对称, 获得一个总长度为2/P的扩频码片进行传输。相对于原循环码移位键控(cyclic code shift heying, CCSK)系统的扩频序列, 该码片长度减少一半, 从而提高系统的传输速率。OCML序列具有良好的伪随机性和自相关性, 同时该模型下能生成大量扩频序列, 各序列相互独立, 一个信道可容纳多个扩频信号, 极大地提高了频带利用率。对多径衰落信道下的误码性能进行了仿真, 结果表明, 所提方法能有效改善多径衰落下的系统性能。     

Construction of Periodic Orbits and Chaos

1 .ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＳｉｎｃｅｔｈｅｔｅｒｍ“ｃｈａｏｓ”ｗａｓｆｉｒｓｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎＬｉａｎｄＹｏｒｋｅ’ｓｐａｐｅｒ [1 ]ｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｄｉｓｃｒｅｔｅｓｙｓｔｅｍｓ,ｃｈａｏｓｈａｓｂｅｅｎｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｃｈａｏｓｈａｓｂｅｅｎｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｄｙｎａｍｉｃａｌｓｙｓ ｔｅｍｓｉｎｍａｎｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｅｌｄｓ.Ａｗｉｄｅｌｙａｃｃｅｐｔｅｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｄｅｆｉ…     

混沌系统可预测尺度研究

着重讨论了混沌系统未来状态预测的“长期”与“短期”问题。混沌系统的初始状态敏感性决定了其不可长期预测性。但在短期内对混沌系统的运动作出准确预测还是可能的。基于此，给出了混沌时间序列的平均可预测尺度及最长可预测尺度，以此来界定短期预测的时间范围。最后利用Logistic映射以及Henon映射产生的混沌时间序列对上述理论进行了实例骓证，得到了较为理想的结果。     

离散混沌测量矩阵构造及其性能研究

若测量矩阵满足约束等距性(restricted isometric property, RIP),则样本能够完美恢复出原始信号。而对于给定矩阵很难验证其是否满足RIP需求,因此,本文采用李雅普诺夫指数作为一种针对离散混沌测量矩阵的验证指标。首先分析了RIP与李雅普诺夫指数之间的联系,然后给出了一种分段式混沌映射构造方法用以提高混沌性能,并从理论和仿真上证明了该方法的有效性。实验结果表明,这种方法不仅提高了混沌序列的随机性和自相关性,而且所生成的测量矩阵也具有更好的性能。因此,引进李雅普诺夫指数是一种有效的验证离散混沌测量矩阵性能的方法,提高李雅普诺夫指数能够提高混沌测量矩阵的性能。     

基于Logistic映射的跳频序列优化

在对已有混沌序列构建方法研究的基础上,用状态转移图分析了基于Logistic构建跳频序列的局限性,并利用随机过程的相关理论,提出了基于方阵重构法的优化方案。该方案在跳频性能指标方面达到或优于原有方案,在硬件实现时降低了乘法次数,减少了硬件资源的占用量,增加了跳频序列的可实现性。     

A Novel Concatenated Chaotic Communication System

A strategy for a novel concatenated chaotic communication system is presented. The transmitter system comprises chaotic turbo encoder and logistic CSK block in a serially concatenated form. Chaotic turbo code is capable of reducing bit error rate (BER) of the chaotic system in the AWGN channel. Through the chaotic turbo encoder, the coded sequence, which has quasi-chaotic properties, will be transmitted into the logistic CSK block. Having a very sensitive dependence on initial conditions of the map, the logistic CSK block can also be taken as the chaotic authentication method. The receiver, which has logistic demodulation block and chaotic decoder, is a linear asymptotic approximation to the inverse of the transmitter system. A chaotic iterative soft-decision decoding algorithm is also developed based on conventional maximum A posteriori decoding algorithm. At last, a two-step authentication method of this chaotic system is also presented.     

基于可重组体系结构的密码芯片设计及其实现

为了在现有算法的基础上提高加密的安全性 ,提出了一种基于可重组体系结构的密码芯片设计原理和方法。这种设计使得用户通过编程可以改变芯片内部的电路结构 ,以匹配不同的加 /解密算法 ,从而支持不同的加 /解密算法在同一块芯片上的实现。该设计在Altera公司的APEX2 0KEFPGA上进行了成功测试 ,其功能和性能均达到了预期要求。结果表明 ,基于可重组体系结构这一重要思想可以有效提高密码芯片设计的安全性和灵活性。     

一种新的基于图象内容的半易损水印技术

让原始图象进行1－层小波正变换，让后将其变换后的小波近似系数用混沌序列进行调制从而生成基于图象内容的水印信号；利用原始图象的HVS特性将水印信号嵌入到原始图象的小波域中；检测器能够从接收到的水印图象中提取出原始水印信号，并依据接收到的水印图象生成新的水印信号，从而定位出受到攻击的图象位置，并能区分受到攻击的类型。实验结果表明，该算法具有好的鲁棒性和识别被篡改的区域能力。     

一种广义猫映射混沌系统及其性能分析

为了改进基于猫映射混沌系统的加密算法的安全性，在传统的二维猫映射混沌系统的基础上，蛤出了一种基于广义加法运算的广义猫映射混沌系统，生成的混沌序列具有良好的伪随机特性，同时对生成的广义混沌序列的自相关性和平衡性进行了分析．实验结果表明，应用本文给出的方法生成的广义混沌序列具有较好的随机性、自相关性和平衡性。     

一种新的混沌同步机制及其在保密通信中的应用

由于投影同步算法的比例因子很难预测,因此提出了一种基于控制的改进的混沌投影同步算法。利用Lyapunov稳性定理,使得藕合混沌系统的误差函数快速衰减到零,同时证明该改进算法的可行性。实验表明,改进后的算法比原PS算法更有效。     

混沌序列OFDM系统同步方法及性能比较

提出了Logstic的一种利用改进映射产生的混沌序列进行OFDM系统时间同步和频率同步的方法,并与用训练序列在Rayleigh衰落信道下进行的同步作了性能比较。仿真表明,在进行OFDM系统同步时,采用混沌序列或训练序列具有近似的同步性能。理论分析表明:混沌序列具有低截获率、长度任意、数量多、相关性优良等优势。对于混沌序列在无线OFDM移动通信系统中的应用具有重要意义。     

基于GA-Fuzzy的混沌系统辨识研究

提出用遗传算法优化的Takagi-Sugeno-Kang(TSK)模糊模型对未知或不确定的混沌动力学系统进行辨识。在辨识未知混沌系统的TSK模型过程中，只需利用未知混沌系统的输出时间序列。首先，采用模糊聚类分析方法从训练数据建立其初始TSK模糊模型。然后采用实数编码的遗传算法对初始模型进行优化设计。同时为防止破坏模糊规则的语义属性，对遗传搜索空间采取了适当的限制。用辨识模型重建吸引子方法定性地评价辨识模型，通过计算辨识模型的Lyapunov指数定量地评价辨识模型的性能。仿真结果表明，该辨识模型能很好地逼近原混沌动力学系统，准确地体现原混沌系统的动力学特性。     

一种混沌系统的设计及混沌序列码的生成方法

提出了一种新型的混沌系统的设计方案，并将其应用在混沌序列码的生成中。首先，设计了一种简单的、容易实现的混沌系统，并给出了该混沌映射数学特性。然后，在计算机模拟实验的基础上，仔细地分析了该类混沌系统的统计特点，结果显示由该类系统产生的混沌序列具有良好的统计特性，最后，把设计的混沌系统应用于混沌序列码的生成中，计算机仿真实验结果表明该文提出的混沌系统确实安全可靠且容易实现，混沌序列码也具有良好的相关性。     

类噪声混沌编码在图像联想记忆中的应用研究

提出了类噪声索引 (key)产生的一般方法 ,利用帐篷函数的混沌过程作为类噪声索引的确定性生成器 ,以代数的形式完成了图像信息的存储和恢复。仿真实验表明 ,采用类噪声混沌编码的方法 ,自联想模型 (或异联想模型 )在一次自联想 (或异联想 )、部分输入图像信息和带一定噪声的输入图像信息时均可完成正确的联想记忆功能。     

Chaos and Nonlinear Feedback Control of the Arch Micro-Electro-Mechanical System

This paper addresses a nonlinear feedback control problem for the chaotic arch microelectro- mechanical system with unknown parameters, immeasurable states and partial state-constraint subjected to the distributed electrostatic actuation. To reflect inherent properties and design controller, the phase diagrams, bifurcation diagram and Poincare section are presented to investigate the nonlinear dynamics. The authors employ a symmetric barrier Lyapunov function to prevent violation of constraint when the arch micro-electro-mechanical system faces some limits. An RBF neural network system integrating with an update law is adopted to estimate unknown function with arbitrarily small error. To eliminate chaotic oscillation, a neuro-adaptive backstepping control scheme fused with an extended state tracking differentiator and an observer is constructed to lower requirements on measured states and precise system model. Besides, introducing an extended state tracking differentiator avoids repeated derivative for the virtual control signal associated with conventional backstepping. Finally, simulation results are presented to illustrate feasibility of the proposed scheme.     

基于有限外力扰动的OGY控制法

运用传统OGY控制法对混沌系统进行控制时 ,一个明显的缺点是系统进入到受控状态所需要的等待时间太长 ,致使OGY方法的控制效率较低。为此 ,对OGY方法进行了改进 ,提出了一种基于有限外力扰动的OGY控制法 ,即通过对原始系统施加一个有限外力 ,来缩短系统进入受控状态的等待时间 ,从而提高了OGY方法的控制效率。同时 ,对方法的有效性进行了严格的理论分析。最后利用Logistic映射和Henon映射进行了数字模拟 ,验证了该方法的有效性和实用性 ,并展示了OGY方法的一些重要特性。     

基于混沌载波的QAM设计

提出一种基于混沌载波的正交调幅机制-QCAM（quadrature chaos amplitude modulation），利用混沌信号非周期，带宽，以及难以预测和重构等特性代替传统QAM调制中的正弦载波。改进后的QCAM调制信号很难被截取和破解，从而提高传输信号的可靠性和安全性。另一方面，经过实验表明，在相同的传输信道和Eb/N0条件下，QCAM较QCSK具有更好的误码率特性。