基于共同混沌信号注入的激光通信信息双向保密系统
基于Lü混沌系统的保密通信方案
３保密通信方案
首先 选 择 驱动 混 沌 信号 源 和 响应 混沌 系统 ，假
如 用 发 射 系 统 的 ） 作 为 驱 动 信 号 ，以 驱 动 响 来
２ 系统描述
Ｌｉ ． Ｊ系统 是 吕金 虎和 陈关荣 于 ２ ０ ０ ２年通 过混
应 系统 产 生 混 沌 信 号 （ 同 步 驱 动 信 号 （ ， 当 ｒ ） ¨
．
ｓ ｎｈ ｏｉａ ｉ ａｄ ｅｕｅ ｏ ｕ ｉａｉｎ ｙ ｃ ｒｎ ｔｏ ｚ ｎ ｎ ｓｃｒ ｃ ｍｍ ｎｃｔｏ Ｗａ ｇｖｎ， ｎ ｆ ｒｈ ｒ ｒ ｉ ｓａ ｉｔ ｗａ ａ ａ ｅ Ｎ ｍｅｉａ ｉ ｌｔｏ ｓ ｏ ｔ ｅ ｆ ｅｔｖ ｎ ｓ ｏ ｔｅ Ｓ ｉｅ ａ ｄ ｕｔｅｍｏｅ ｔ ｔ ｂｌｙ ｓ ｉ ｓ ｎ ｌ ｄ． ｕ ｒ ｌ ｍｕａｉｎ ｈ ｗｓ ｈ ｅ ｆｃ ｉｅｅｓ ｆ ｈ ｙｚ ｃ ｓ
息序 列 ，然 后通 过适 当的小 微扰 方 法 ，实 现 对不 同 信息 的切 换 。而 混沌 遮掩 是 混沌保 密 通信 的方 法之
一
，
是 信息 信号 和混 沌信 号加 在 一起 ，作 为 传输 信
图 １ Ｌ（ ｊ混 沌吸 引子
号 ，接 收端 由 同步原 理进 行设 计 ，用 接收 到 的信 号 驱动 接 收端 。如 发送 端和 接 收端 能够 同步 ，作 一个 简单 的减法 即可恢 复原 始信 号 ，从而 实现保 密通 信 。
当 ａ ６ －３ ＝２ ：３ ，ｂ－ ，ｃ ０系统 （ ）呈 现混 沌状 态 ， １
此时 有混沌 吸 引子 ，如 图 ｌ 示 。 所
关键 技 术之 一 。混沌 同步 应 用于通 信 的基 本 思想 是 ，
利用 简单 的 混沌 动力 学 系统来 产 生复 杂 的震荡 波形 ， 通过 符 号动 力学 理论 赋予 不 同的 波形 以及 不 同 的信
激光混沌耦合同步及其在保密通信中的应用
激光混沌耦合同步及其在保密通信中的应用
颜森林;迟泽英;陈文建;孙小菡;张明德
【期刊名称】《通信学报》
【年(卷),期】2004(025)001
【摘要】建立了外部光注入半导体激光器激光混沌耦合同步系统,导出了耦合条件下的激光扰动方程和激光同步扰动方程.成功模拟了外部光注入波长1.31μm分布反馈半导体激光器的激光混沌耦合同步,其同步误差小且抗噪声干扰能力强.该同步系统在混沌模拟和数字保密通信中的数值模拟表明,无论是在时域还是在频域,信息都难以被分离,该系统确有较高的保密性能和反破译能力.
【总页数】9页(P78-86)
【作者】颜森林;迟泽英;陈文建;孙小菡;张明德
【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏,南京,210094;南京晓庄学院,物理系,江苏,南京,210017;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏,南京,210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏,南京,210094;东南大学,电子工程系,江苏,南京,210096;东南大学,电子工程系,江苏,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TP273;TN918
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小菡;张明德
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基于Lü混沌系统的保密通信方案
基于Lü混沌系统的保密通信方案
皮辉煌;陈香;潘小霞
【期刊名称】《计算机安全》
【年(卷),期】2011(000)012
【摘要】基于混沌遮掩原理,针对Lü混沌系统设计了相应的控制器,给出了Lü系统的同步和保密通信的简单有效的方法,并分析了系统的稳定性.数值仿真验证了本方法的有效性.
【总页数】3页(P18-20)
【作者】皮辉煌;陈香;潘小霞
【作者单位】镇江船艇学院数学教研室,江苏镇江212003;镇江船艇学院数学教研室,江苏镇江212003;镇江船艇学院数学教研室,江苏镇江212003
【正文语种】中文
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基于混沌同步的保密通信系统设计与实现
基于混沌同步的保密通信系统设计与实现近年来，信息安全问题越来越受到人们的关注。
随着技术的发展，保密通信系统在军事、金融、科研等领域扮演着至关重要的角色。
本文将介绍一种基于混沌同步的保密通信系统的设计与实现，旨在提供一种可行且安全的通信解决方案。
1. 引言在传统的通信系统中，由于信息的传递是通过明文进行的，一旦遭到黑客的攻击，信息的泄露成为了不可避免的。
因此，人们迫切需要一种有效的通信方式来保证信息的安全性。
混沌同步理论就是在这种背景下应运而生的，通过利用混沌现象的不可预测性和复杂性，为保密通信提供一种新的思路。
2. 混沌同步原理混沌同步是指两个或多个混沌系统在耦合作用下，其状态变量之间的关系保持一致。
混沌系统具有极高的敏感性和捕获能力，这使得混沌同步成为一种理论上可行的保密通信手段。
在混沌同步中，发送信号方（发送端）和接收信号方（接收端）之间通过共享的混沌映射来实现信息的加密和解密，从而达到保密通信的目的。
3. 系统设计基于混沌同步的保密通信系统主要由两部分组成：发送端和接收端。
发送端负责将明文信息转化为混沌信号，而接收端则负责将混沌信号还原为明文信息。
3.1 发送端发送端首先需要选择一个混沌系统作为基础模型，如Logistic映射、Chen系统等。
然后，在此基础上构建一个差分方程来描述混沌系统的运动规律。
差分方程的具体形式可以根据具体需求进行调整。
其次，发送端需要选择一个合适的加密算法来对明文信息进行加密。
一种常用的方法是采用置乱和扩频技术，将明文信息转化为随机扰动的混沌信号。
最后，发送端需要通过通信信道将加密后的混沌信号传输给接收端。
3.2 接收端接收端首先需要配置一个与发送端相同的混沌系统来模拟发送端的运动规律。
然后，接收端通过接收信道获取到加密后的混沌信号，并利用混沌同步原理将接收到的混沌信号与自身系统的状态变量进行耦合。
通过耦合力的作用，接收端能够实时地恢复发送端的混沌信号。
最后，接收端需要在恢复的混沌信号上进行解密操作，将混沌信号转化为明文信息。
混沌同步在保密通信中的应用
混沌同步在保密通信中的应用【摘要】混沌理论是20世纪物理学最重大的发现之一。
随着对混沌研究的不断深入，混沌保密通信成为现代通信技术中的前沿课题。
混沌同步是混沌通信的关键问题，特别是近年来混沌系统的同步已经成为非线性复杂科学研究的重要内容。
由于混沌信号具有非周期性、连续宽带功率谱和类噪声的特点，因此使其特别适应于保密通信领域。
本文介绍了两种混沌掩盖保密通信系统的设计方案，并以Lorenz系统为例，根据这两种方案的设计原理，建立了Lorenz混沌掩盖保密通信系统。
从安全度和保真度这两个方面对系统进行分析，为两种设计方案得出一些重要结论，也为混沌保密通信的实际应用提供了研究基础。
【关键词】混沌同步；同步方法；保密通信从1990年Pecora和Carroll首次指出了混沌系统中的同步现象以来，人们对混沌同步现象的应用进行了广泛的研究。
本章主要研究混沌同步在保密通信中的应用，给出了混沌保密通信的两种设计方案，并以Lorenz系统和变形蔡氏电路混沌系统为例分析。
一、混沌保密通信的设计方案1993年，Cuomo和Oppenheim基于串联法用Lorenz系统构造了混沌掩盖保密通信系统，完成了模拟电路实验，他们将两个响应子系统合成一个完整的响应系统，使其构造和驱动系统完全相同，因此在发送器混沌信号的驱动下，接收器能复制发送器的所有状态，达到二者同步。
混沌掩盖通信的基本原理是利用具有逼近高斯白噪声统计的混沌信号在对有用信息进行混沌掩盖，形成混沌掩盖信号，在接收端则利用同步后的混沌信号进行去掩盖，从而恢复出有用信息，混沌掩盖方式不外乎有以下几种方式：在接收端利用同步后的混沌信号进行与之相应的逆运算则可恢复出有用的信息。
1.第一种设计方案这种混沌掩盖通信方式的特点是：用混沌信号去驱动响应系统，只要的功率比的功率小得多，这是保证实现混沌同步的必要条件之一。
这一条件使真实信号完全被混沌信号淹没，使得在信号通道中传送的是混沌信号。
基于混沌同步的保密通信
基于混沌同步的保密通信
戴志诚;汪秉文
【期刊名称】《系统工程与电子技术》
【年(卷),期】2007(29)5
【摘要】针对网络数据传输的安全问题,提出了一种基于混沌同步的保密通信方法.通过设计非线性状态观测器,构造了两个混沌系统并使其保持同步,从而实现加密信号的完全再现.同时分析了同步系统的稳定性,给出了设计非线性状态观测器的方法.应用熟知的Rossler混沌系统构建保密通信系统,并进行分析和仿真.仿真结果表明,该方法具有设计简单、同步速度快、保密程度高等特点.
【总页数】4页(P699-702)
【作者】戴志诚;汪秉文
【作者单位】华中科技大学控制科学与工程系,湖北,武汉430074;华中科技大学控制科学与工程系,湖北,武汉430074
【正文语种】中文
【中图分类】TP273;TP183
【相关文献】
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一种基于混沌同步的保密通信方案的设计
[收稿日期]6 [作者简介]吴先用(63),男,5年大学毕业,副教授,博士生,现主要从事混沌同步与信息隐藏方面的教学与研究。
一种基于混沌同步的保密通信方案的设计 吴先用 (长江大学电子信息学院,湖北荆州434023;华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉430074) 张红民 (长江大学计算机科学学院,湖北荆州434023) 李 涛 (华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉430074)[摘要]提出了一种新的基于混沌同步的保密通信方案。
首先在发射端和接收端分别构建一个驱动系统及相应的响应系统。
在发射端将信息信号调制到混沌变量中成为混沌传输信号,然后基于Lyapunov 稳定性理论使两混沌系统达到同步,在接收端对混沌传输信号进行解调从而恢复出信息信号,混沌系统的初始条件和系统参数作为解调密钥。
理论分析和数值仿真结果表明该方案是可行的。
[关键词]保密通信;混沌;混沌同步;驱动系统;响应系统[中图分类号]O41515[文献标识码]A [文章编号]16731409(2006)04007003自1990年Pecora 和Carroll 发现混沌同步以来[1],混沌同步的研究已在光学系统、生物系统、化学反应和信息通讯工程等各个领域展开,混沌同步与控制迅速成为非线性研究领域的研究热点。
近年来,专家们提出了许多实现混沌同步的方法[2～4]。
随着混沌同步概念的提出,利用混沌信号的宽频谱和类噪声特性进行保密通信就成为当前混沌研究领域的热点。
而且和传统的DES 和R SA 加密算法不同的是,其混沌加密速度几乎和密钥长度无关。
基于混沌的保密通信算法的基本思想是,用混沌信号来传输信息信号,信息信号隐藏于传输信号中并送到发射端(加密),为了恢复原始信息信号,在接收端构建一个同步动力系统来同步发射端系统(解密)。
因此保密通信的实质是实现接收端与发射端的同步。
基于混沌进行保密通信的方法已多有报道,如K ocarev 和王兴元等人基于非线性状态观测器,采用混沌掩盖法以掩盖传输信息[5,6];Dedieu 等人利用多个混沌发生器间切换的混沌键控法来产生传输信号[7];Halle 和Itoh 等人采用混沌调制法用于保密通信[8,9];Liao 等人基于Bell man 2Gronwall 不等式构造了状态观测器,并将其应用到混沌系统的保密通信中。
一种基于激光混沌的长距双向视频保密通信装置[实用新型专利]
![一种基于激光混沌的长距双向视频保密通信装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/09120b03998fcc22bdd10d1c.png)
专利名称：一种基于激光混沌的长距双向视频保密通信装置专利类型：实用新型专利
发明人：刁润,吴加贵,邓涛,唐曦,缪雪丽
申请号：CN201620138455.4
申请日：20160224
公开号：CN205545285U
公开日：
20160831
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种基于激光混沌的长距双向视频保密通信装置，包括激光混沌同步模块、信号加载和解调模块、信号传输模块、视频信号处理模块；本实用新型基于激光混沌的长距双向视频保密通信的实现，可将视频信息进行纯物理的硬件加密，具有天然的物理安全性；同时又克服了传统电学混沌带宽地低、损耗高等缺点。
有长距离、高带宽、低损耗、实时双向、安全性高等视频通信优点，具有很大的应用前景。
申请人：西南大学
地址：400715 重庆市北碚区天生路2号
国籍：CN
代理机构：北京众合诚成知识产权代理有限公司
代理人：裴娜
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基于共同混沌信号注入的激光通信信息双向保密系统
摘要：混沌激光作为激光器输出不稳定性的一种特殊形式，具有类噪声宽频谱
的特性。
激光的兴起令信息的传播更加方便快捷，激光通信被广泛应用，然而与
此同时导致的信息安全问题也无法避免，激光通信信息的安全性变成现阶段相关
领域及学者研究的重点问题之一。
为了防止激光通信信息在通信时出现损毁、修
改以及泄露的现象，需对激光通信信息进行双向保密。
因为混沌信号存在长时间
无法预测性、伪随机性以及宽频率谱等，非常适于不同保密通信的应用中，所以
依据混沌信号实现激光通信信息双向保密系统的研究已经成为当前的热点研究。
本文就基于共同混沌信号注入的激光通信信息双向保密系统展开探讨。
关键词：共同混沌信号；激光通信；信息；双向保密；系统
引言
混沌信号在时域上具有类似噪声的随机变化,在频域上具有平坦、宽带特性,其自相关曲线具有类似δ函数的性质.特别是,基于非线性电路产生的混沌信号不受
码长限制,故利用混沌信号测距具有抗干扰性能好且不存在虚警问题的优点.但是,
受电子器件带宽的影响,现有技术很难直接用电路产生宽带的混沌信号,即无法提
高测距精度。
1混沌激光的特性
半导体激光器在外光反馈(光注入)方式下可实现混沌输出，其产生的混沌激光特性如图1所示。
时序波形呈现类噪声的快速随机起伏，其幅度远大于一般的热
噪声的强度，如图1(a)所示。
其相应相图为奇异吸引子，如图1(b)所示，呈现了
混沌激光的无序性和复杂性。
自相关曲线呈现类似δ函数的线形，如图1(c)所示，反映出混沌波形仅有自相关性，而和其他信号却有低的相干性，表明了混沌激光
具有优良的抗干扰性能。
插图显示了自相关曲线主峰的半峰全宽(FWHM)。
另外，频域上对应带宽大于10GHz的平坦频谱，如图1(d)所示，使混沌激光天生具备隐
蔽性。
混沌激光呈现的类噪声特性，如宽带频谱、不可预测的时序输出、以及类
δ函数线形的自相关特性，使得混沌半导体激光器作为光源被广泛地应用在高速
真随机密钥产生、混沌激光雷达和混沌光时域反射仪中。
然而，不同于一般的随
机过程，混沌是由确定性的动力学方程决定的，混沌信号是可控制和可同步的。
混沌同步开辟了混沌激光在混沌保密通信领域以及混沌计算方面的应用。
随着对
混沌激光信号特性的掌握和控制，混沌激光也日益显现出了在混沌(UWB)信号产
生以及相干长度可调谐光源方面的应用.下面着重分别介绍混沌激光在这几方面的
重要应用。
图1混沌激光的特性。
(a)波形;(b)吸引子;(c)自相关曲线;(d)频谱
2混沌保密通信
保密通信在金融、商业等领域有着极为重要而广泛的应用前景。
当前实现保
密通信的主要手段是采用数字加密技术———公众密钥(publickeys)，这是一种软
件加密技术，随着计算机运算能力的不断提高，软件加密技术在理论上必然存在
解码的可能。
量子通信可以最终解决密钥分配问题，但目前亟待解决传输速率低
和实用化技术障碍两大瓶颈。
然而，混沌激光信号以其宽带频谱和类似噪声的特
性非常适于保密通信领域的应用。
与现行的数字加密技术相比，混沌保密通信是
依靠物理层面上的硬件加密，只有当接收者具有与发射机参数匹配的接收机时，
才能接收到信息，否则，接收者(窃听者)只能收到类似噪声的混沌信号。
特别是，
混沌通信中的硬件加密技术可以与现有的软件加密及量子编码技术兼容，进一步
增强保密能力。
3基于共同混沌信号注入的激光通信信息双向保密系统
图2所示的是提出的基于共同混沌信号注入的激光通信信息双向保密系统结构。
图2共同混沌信号注入下激光通信信息双向保密系统结构
图2中，DL代表驱动激光器，NDF代表中性密度衰减器，PC代表偏振控制器，RL代表响应激光器，M代表反射镜，FC代表50/50光纤耦合器，PD代表光电探
测器，F代表光纤，OC代表光环形器。
DL输出混沌信号后，通过FC3将混沌信
号分解为完全一致的两个混沌激光，通过光纤分支F1与F2完成传输，利用PC
对其进行处理，使其震动方向和DL输出光的震动方向互相垂直，RL1被注入其中
一部分信号，RL2被注入其它混沌信号。
RL1与RL2的内部参数是相同的，对称
性优的系统令RL1与RL2在DL混沌输出驱动下，完成无延时的等时混沌同步。
在RL1与RL2上加载信息同时解调对方传输信息的技术和传统激光通信保密系统
存在差异，一般情况下，激光器输出混沌载波，同时对传输信号进行加载，含信
息的混沌载波被注入激光器，初始参数和发射端一致的接收端激光器只反映了混
沌载波，但未体现隐藏的通信信息，通过发射端与接收端激光器的输出插值即可
对信息进行恢复。
然而在实际应用中，系统发射端激光器与接收端激光器的对称
性会受调制与解调技术的干扰被损坏，所以解调信号质量有所降低。
而在混沌信
号非相干光注入下，所设计系统选用不会对系统对称性产生干扰的加载信息与解
调信息技术，在未直接耦合的RL1与RL2间引入用于完成双向信息传输的通信信
道F3，通过耦合器FC1把RL1的激光混沌输出划分为两个部分，一部分被看作混
沌载波，和待传输通信信息m1被传输至通信信道F3，从而完成对通信信息的隐藏，被传输至RL2前端，经OC2处理后，利用PD3将其转变成电信号。
另一部分利用PD4直接转换成电信号，将PD3和PD4输出电信号相间，对其进行滤波处理，从而解调出RL1输出中的m1。
通过相同技术，隐藏与解调从RL2向RL1发
送的信息m2。
3混沌光时域发射仪
目前光纤通信已成为最主要的通信手段，局域网、城域网和广域网铺设的总
里程在逐年增长。
根据美国联邦通信委员会FCC的案例调查，超过1/3的通信中
断是由于光纤光缆的损毁导致的。
因此，面对如此普及的光纤网络，光纤链路中
损毁点的及时、精确、无损的探测是十分迫切需要解决的现实问题。
混沌激光还
可用于改进现有的光时域反射仪(OTDR)。
现有的OTDR均采用飞行时间法，通过
测量光脉冲从发射到接收这段时间来确定光纤网络的断点或损耗。
但这种方法有
两个固有缺陷：一是受接收电路带宽的影响，测量脉冲的往返时间不能太短。
也
就是说，现有OTDR均有一个较大距离的测量盲区，其典型值为十几米至几十米。
二是在现有OTDR技术中，测量距离与测量精度是一对永远无法解决的矛盾。
提
高测量精度最直接的方法是减少探测脉冲的宽度，但这样会降低测量距离。
要提
高测量距离，就要增加探测光的峰值功率或延长脉冲宽度，前者会引起光纤中的
非线性效应，影响测量甚至会损坏光纤；后者又会降低测量精度。
同时，如果不
采用昂贵复杂的大型超短光脉冲激光器，依靠现有的调制技术很难产生脉宽小于
1ns的光脉冲。
结语
现阶段有关混沌保密的研究主要是通过注入混沌信号的相干光完成通信保密，
将光混沌信号转变成电混沌信号，然后注入激光通信系统中能更有效的防止参数失配导致的后果，然而通信过程中的信息容量会受带宽约束。
而非相干光注入通信系统也存在对光相位变化不敏感的优势，使得其对参数失配的现象也可很好解决，同时其具有全光特性，通信过程中的信息容量不会受带宽约束。
参考文献:
［1］李艳芳．色散和非线性对新型三激光器混沌通信系统的影响［J］．激光与光电子学进展，2015.
［2］高飞．采用混沌光注入实现混沌载波时延特征隐藏的研究［J］．量子光学学报，2016.。