用于通信加密的多混沌吸引子分时切换方法及切换装置制造方法
【专利摘要】用于通信加密的多混沌吸引子分时切换方法及切换装置，属于通信加密【技术领域】。解决了现有的多混沌吸引子切换软件系统存在无法实现不同混沌系统吸引子的快速分时切换的问题。在FPGA中构造切换混沌系统，由软键盘输入分系统控制字符给单片机，单片机将分系统控制字符转化为分系统切换控制信号传递给FPGA，FPGA根据分系统切换控制信号选择切换混沌系统中的一个分系统，再由软键盘输入分相控制字符给单片机，单片机将分相控制字符转化为分相切换控制信号传递给FPGA，FPGA根据分相切换控制信号选择上述选定分系统的三相或四相中的某两相输出。提供时变性、多样性和复杂性的混沌信号。增强了加密效果和抗破译能力，实现了任意时刻、快速的多混沌吸引子的分时切换。
【专利说明】用于通信加密的多混沌吸引子分时切换方法及切换装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于通信加密的多混沌吸引子分时切换方法及切换装置，属于通信加密【技术领域】。
【背景技术】
[0002]混沌作为一种复杂的非线性现象，过去的几十年里在科学及工程应用等领域得到了极大的关注。目前国内外的相关文献已经报道了许多由模拟电路([I]、刘扬正，姜长生.关联可切换超混沌系统的构建与特性分析[J].物理学报，2009，58 (2):771-778 ；
[2]、孙友林，伍俊杰，陈君.两个超混沌系统自动切换电路的设计和仿真[J].现代电子技术，2011,34(22) =191-193+198 ;[3]、赵莉，唐文.基于 Simulink 的 Dynamos 混沌系统仿真[J].现代电子技术，2012,35(4):7-8+12)或数字电路([4]、周武杰，禹思敏.基于IEEE2754标准和现场可编程门阵列技术的混沌产生器设计与实现[J].物理学报，2008，57(8):4738-4747 ; [5]、刘扬正，林长圣，李心朝.切换统一混沌系统族[J].物理学报，2011，60 (4):79-87 ; [6]、王忠林，黄娜.一个自动切换混沌系统的设计与FPGA实现[J].中国海洋大学学报:自然科学版，2010，40 (4):111-114 ; [7]、WANG Guangyi, BAO Xulei, WANGZhonglin.Design and FPGA implementation of a new hyperchaotic system[J].Chinesephysics B，2008，17(10):3596-3602 ; [8]、王忠林.混沌吸引子及FPGA实现[J].计算机工程与应用，2008，44 (36):85-86+94)来产生的混沌系统，它们在不同的应用领域存在不同的优缺点。但模拟电路对元件固有参数及信号的再生误差很敏感，使得混沌通信中对混沌状态的控制和同步比较困难。
[0003]多混沌吸引子切换系统，因其系统随机性强，可产生更加时变、多样和复杂的混沌信号，提高其应用的效果。例如可提高混沌信息加密的安全性，且其抗破译能力强于一般的混沌系统([9]、林彩霞，郝建红.基于混沌切换系统的语音加密[J].动力学与控制学报，2008，6(3):254-259)。研究多混沌吸引子切换系统具有重要的理论和实际应用价值([10]、刘扬正，姜长生，林长圣等.四维切换超混沌系统[J].物理学报，2007，56 (9):5131-5132;[11]、杜睿山，尚福华，李阳.复合混沌映射在语音算法加密中的应用[J].计算机工程与应用，2009，45 (7): 103-104+107)。
[0004]目前有文献报道实现了切换混沌系统，方法不尽相同。实现切换混沌系统可以利用变参数切换的方法、变结构切换方法。统一混沌系统是利用变参数切换的方法实现的，随着参数的改变，系统在LU系统、广义Lorenz系统、广义Chen系统之间切换([12]、Ge Zhengming, Yang Kunwe1.Chaotic ranges of a unified chaotic system and itschaos for five periodic switch cases[J].Chaos, Soliton and Fractals, 2007, 33(I):246-269 ; [13]、刘扬正，林长圣，李心朝等.Logistic-Unified混杂混沌系统[J],物理学报，2011，60(3):101-106)。文献[10]采用系统选择器、模拟开关的手动切换，通过模拟电路能实现多个关联子系统的功能；文献[6]通过修改混沌系统中的非线性项，构造开关函数，使函数变量取不同值时非线性项不同，构成了开关混沌系统；文献([14]、张成亮，胡春华，王忠林.三系统自动切换混沌电路的设计与实现[J].山东大学学报:理学版，2012，547(8):108-113+121)利用两相信号正负来决定系统的非线性项，结合模拟开关控制，实现多个子系统组成的自动切换的混沌系统。无论是变参数的切换、变结构的切换还是二者相结合，都可以依赖于时间的切换。文献([15]、刘扬正，林长圣，王忠林.新的切换四涡卷超混沌系统及其电路实现[J].物理学报，2010，59 (12):8407-8413)构建了一个切换四涡卷超混沌系统，系统以时间依赖切换来选择不同的混沌子系统，通过人为操作模拟电路中控制开关K选择线性不同的反馈项，实现子系统随时间切换的功能。综上，现有的多混沌吸引子切换软件系统的切换不灵活、无法实现不同混沌系统吸引子的快速分时切换的问题。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决现有的多混沌吸引子切换软件系统存在无法实现不同混沌系统吸引子的快速分时切换的问题，进而提供了一种用于通信加密的多混沌吸引子分时切换方法及切换装置。
[0006]本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:
[0007]—种用于通信加密的多混沌吸引子分时切换方法，所述方法的具体实现过程为:
[0008]步骤一、在FPGA中构造切换混沌系统，切换混沌系统由分系统Lorenz混沌系统S1, j和四维超混沌系统s2，」构成；
[0009]所述分时切换以Lorenz混沌系统\」和四维超混沌系统s2，」作为分系统，分时切换输出Outj,
[0010]Outj=Sij j, s.t.ti； j
[0011]式中，i=l, 2,时间段Iaj对应Lorenz混沛分系统S1", j表示该系统的不同变量，j=l, 2，3 ；
[0012]时间段t2，j对应四维超混沛分系统s2，」，j表示该系统的不同变量，j=4, 5, 6, 7 ；
[0013]以上述两个分系统构成的混沌分时切换系统能产生多路不同的混沌信号输出，并能连续地从一个分系统的任意一个变量切换到另外一个分系统的任意一个变量；
[0014]步骤二、切换过程:
[0015]由软键盘输入分系统控制字符给单片机，单片机将分系统控制字符转化为分系统切换控制信号传递给FPGA，FPGA根据分系统切换控制信号选择切换混沌系统中的一个分系统，
[0016]再由软键盘输入分相控制字符给单片机，单片机将分相控制字符转化为分相切换控制信号传递给FPGA，FPGA根据分相切换控制信号选择上述选定分系统的三相或四相中的某两相输出。
[0017]在FPGA中构造切换混沌系统的具体实现过程为:
[0018]将Lorenz混沛系统sl, j进行离散化,构建Lorenz混沛系统在DSP Builder中对应的结构框图，并由所述结构框图生成Lorenz混沌系统Su对应的VHDL语言程序(原理图丰旲块);
[0019]将四维超混沌系统s2，」进行离散化，构建四维超混沌系统s2，」在05? Builder中对应的结构框图；并由所述结构框图生成四维超混沌系统&_对应的VHDL语言程序(原理图模块)。[0020]Lorenz混沌系统Sl，j和四维超混沌系统s2，j离散化的具体过程为:
[0021]用FPGA构造混沌系统，首先利用快速数字差分算法将混沌系统的连续微分方程组转换为离散的差分方程组；采用快速的Euler算法，用离散化公式(1)对连续混沌方程进行离散化，将微分方程组转化为差分方程组；
[0022]
【权利要求】
1.一种用于通信加密的多混沌吸引子分时切换方法，其特征在于，所述方法的具体实现过程为: 步骤一、在FPGA中构造切换混沌系统，切换混沌系统由分系统Lorenz混沌系统Sy和四维超混沌系统S2，j构成； 所述分时切换以Lorenz混沌系统S1^j和四维超混沌系统作为分系统，分时切换输出Out」，
Outj-Sy, s.t.j 式中，i=l, 2,时间段Iaj对应Lorenz混沛分系统j表示该系统的不同变量，j=l, 2，3 ;时间段t2，j对应四维超混沌分系统s2，j，j表示该系统的不同变量，j=4, 5,6,7 ；以上述两个分系统构成的混沌分时切换系统能产生多路不同的混沌信号输出，并能连续地从一个分系统的任意一个变量切换到另外一个分系统的任意一个变量； 步骤二、切换过程:由软键盘输入分系统控制字符给单片机，单片机将分系统控制字符转化为分系统切换控制信号传递给FPGA，FPGA根据分系统切换控制信号选择切换混沌系统中的一个分系统，再由软键盘输入分相控制字符给单片机，单片机将分相控制字符转化为分相切换控制信号传递给FPGA，FPGA根据分相切换控制信号选择上述选定分系统的三相或四相中的某两相输出。
2.根据权利要求1所述的一种用于通信加密的多混沌吸引子分时切换方法，其特征在于:在FPGA中构造切换混沛系统的具体实现过程为:将Lorenz混沛系统S1,」进行离散化，构建Lorenz混沛系统在DSP Builder中对应的结构框图，并由所述结构框图生成Lorenz混沌系统Sl，j对应的VHDL语言程序；将四维超混沌系统S2ij进行离散化，构建四维超混沌系统s2，」在DSP Builder中对应的结构框图；并由所述结构框图生成四维超混沌系统s2，」对应的VHDL语言程序。
3.根据权利要求2所述的一种用于通信加密的多混沌吸引子分时切换方法，其特征在于:Lorenz混沛系统Su和四维超混沛系统s2，」离散化的具体过程为: 用FPGA构造混沌系统，首先利用快速数字差分算法将混沌系统的连续微分方程组转换为离散的差分方程组；采用快速的Euler算法，用离散化公式(I)对连续混沌方程进行离散化，将微分方程组转化为差分方程组；
4.一种用于通信加密的多混沌吸引子分时切换装置，其特征在于:所述分时切换装置包括电源电路、单片机、USB下载芯片、软键盘、FPGA, ASP下载接口、JTAG下载接口、液晶显示器、第一路数模转换器、第二路数模转换器；电源电路用于为单片机和FPGA供电；软键盘的输出端连接单片机的数据总线Pl 口，单片机的控制字符信号输出端连接FPGA的控制字符信号输入端，FPGA的混沌信号两路输出端分别连接第一路数模转换器的数据信号输入端、第二路数模转换器的数据信号输入端，第一路数模转换器和第二路数模转换器的输出端输出的信号均为电压信号；单片机的当前混沌系统信息输出端连接液晶显示器，USB下载芯片与单片机的程序下载接口连接；FPGA上接有ASP下载接口和JTAG下载接口。
5.根据权利要求4所述的一种用于通信加密的切换电路，其特征在于:所述第一路数模转换器和第二路数模转换器结构相同，第一路数模转换器由14位DAC904E芯片和运放电路构成，所述运放电路包括0PA690芯片、反馈电阻R30、电压信号输出口、接地电阻R34和接地电阻R35, 0PA690芯片的+IN引脚连接DAC904E芯片的IOUT-引脚，0PA690芯片的-1N引脚连接DAC904E芯片的IOUT+引脚，电压信号输出口连接0PA690芯片的OUT引脚，反馈电阻R30的一端连接0PA690芯片的-1N引脚，反馈电阻R30的另一端连接0PA690芯片的OUT引脚；接地电阻R34的一端连接DAC904E芯片的IOUT-引脚，另一端接地；接地电阻R35的一端连接DAC904E芯片的IOUT+引脚，另一端接地。
6.根据权利要求4所述的一种用于通信加密的切换电路，其特征在于:单片机的P43引脚连接FPGA的10103引脚，单片机的P32引脚连接FPGA的10101引脚，单片机的P33引脚连接FPGA的10100引脚，单片机的P34引脚连接FPGA的1099引脚，单片机的P35引脚连接FPGA的1098引脚。
7.根据权利要求4、5或6所述的一种用于通信加密的切换电路，其特征在于:USB下载芯片的RXD引脚连接单片机的TXD/P31引脚，USB下载芯片的TXD引脚连接单片机的RXD/P30引脚。
【文档编号】H04L9/00GK103684741SQ201310631579
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】康守强, 王玉静, 杨广学, 张建广, 朱建良, 宋立新 申请人:哈尔滨理工大学