關(guān)于混沌通信中的通信安全的分析與研究

于彥峰+姜超

摘 要：本文對(duì)于混沌通信的通信安全進(jìn)行了分析研究，對(duì)于當(dāng)下面臨的問(wèn)題進(jìn)行了、相關(guān)技術(shù)和研究方向進(jìn)行了討論。對(duì)于該領(lǐng)域的將來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望，主要包括噪聲問(wèn)題、多目標(biāo)通信、密碼的混沌流、混沌在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用等等。

關(guān)鍵詞：通信安全；發(fā)展趨勢(shì)；混沌通信

1 混沌通信的發(fā)展歷史

一九九零年世界上的與混沌通信的研究取得了極大的進(jìn)展，代表為控制方法和同步法以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)也取得了成果。美國(guó)用電路將混沌同步實(shí)現(xiàn)了還提出了相關(guān)的信息的保密業(yè)務(wù)以及信息的處理方法。這成為國(guó)際上對(duì)于混沌學(xué)研究的又一大突破，二十年來(lái)，與混沌通信有關(guān)的刊物不斷出版，從不同的方面對(duì)于通信混沌進(jìn)行了研究和論述，使其成為一門重要的科學(xué)學(xué)科，其中的許多著作對(duì)于后世的研究和發(fā)展都具有深厚的指導(dǎo)意義。近二十年來(lái)，混沌通信取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，其中更甚者不乏發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于混沌通信保密工作的進(jìn)一步研究計(jì)劃，并且取得了重大成果。其中尤以美國(guó)和歐盟為重，我國(guó)對(duì)于相關(guān)技術(shù)的研究主要是從上世紀(jì)九十年代開始就對(duì)國(guó)外的研究技術(shù)進(jìn)行跟蹤，雖然我國(guó)在相關(guān)的基金上是有所投入的，但是同其他國(guó)家相比我國(guó)的投入仍然不夠，可喜的是也取得了一定的研究成果。

混沌通信長(zhǎng)足發(fā)展的另一方面則是九八年對(duì)于混沌通信學(xué)科理論在學(xué)術(shù)界的重要地位；還有一個(gè)方面則是國(guó)際上對(duì)于混沌通信的相關(guān)刊物的刊登對(duì)于后世有深刻的指導(dǎo)意義；還有就是混沌通信的保密工作相關(guān)的專利增加。

2 混沌通信的數(shù)字化進(jìn)程

到現(xiàn)在為止，混沌通信和數(shù)字化通信的結(jié)合已經(jīng)成為新的研究領(lǐng)域，由于當(dāng)下數(shù)字通信具有易于加密、集成的大規(guī)模和強(qiáng)能力的抗干擾優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致了最終的混沌通信會(huì)被數(shù)字通信所取代，為了通信的穩(wěn)健長(zhǎng)足的發(fā)展，最好的解決方法就是將兩者相結(jié)合，已達(dá)到取兩者的優(yōu)點(diǎn)去兩者的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)它們的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。這也就需要我們研究混沌數(shù)字化技術(shù)，使用它來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信和混沌通信的結(jié)合。經(jīng)過(guò)事實(shí)證明，這種結(jié)合的通信最后也可以保持兩者的優(yōu)點(diǎn)。例如對(duì)于最初值的高度的敏感、序列的混沌貌似隨機(jī)性等等特點(diǎn)，除此之外還保持了密碼學(xué)所需要的特點(diǎn)。

當(dāng)下的混沌通信主要有無(wú)線和有線兩種通信，其中有線的方式是在理想的信道中進(jìn)行信號(hào)傳送，在混沌通信的基礎(chǔ)上比較容易實(shí)現(xiàn)，與之相比無(wú)線的方式則比較難以實(shí)現(xiàn)。無(wú)線的數(shù)字通信和模擬通信組成了完整的無(wú)線通信，在混沌電路基礎(chǔ)之上的保密系統(tǒng)是以同步技術(shù)為主要核心的，關(guān)鍵則是數(shù)字混沌的相關(guān)序列的產(chǎn)生、接收和傳輸雙方的同步技術(shù)、對(duì)于群同步的利用以及混沌的信號(hào)的編碼等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于原信號(hào)的恢復(fù)。

當(dāng)下兩者結(jié)合最大的問(wèn)題是混沌的數(shù)字化之后特性變異、短周期、軌道的退化分布和不在預(yù)想中的特性；其次就是與加密有關(guān)的各種技術(shù)，在當(dāng)下面臨的缺乏標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題；最后就是面臨的測(cè)度問(wèn)題和加密所需要的特殊算法。

3 混沌通信的超時(shí)空

混沌通信的高維時(shí)空保密是當(dāng)下存在的又一個(gè)研究方向，并且擁有很多的門類和模型。最近產(chǎn)生的神經(jīng)細(xì)胞的網(wǎng)絡(luò)混沌通信可能被用于空間的信息處理之中。比如在國(guó)防領(lǐng)域中對(duì)于衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、飛艇的應(yīng)用。又因?yàn)樵撓到y(tǒng)的混沌力學(xué)的相關(guān)特性的不可預(yù)測(cè)性和復(fù)雜的隨機(jī)性會(huì)影響多址和保密通信。所以利用該技術(shù)可以將通信系統(tǒng)的抗攻擊和抗干擾能力提高。

4 混沌的通信應(yīng)用的頻分復(fù)用技術(shù)

當(dāng)下各國(guó)多采用時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用以及波分復(fù)用等技術(shù)相結(jié)合的方式來(lái)滿足各國(guó)信息對(duì)于保密技術(shù)的高要求。就現(xiàn)在的情況而言，主要是用混沌的加密技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)混沌通信的保密工作，在以收發(fā)的硬件參數(shù)作為保密的密鑰為基礎(chǔ)之上來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的保密工作。這種情況的保密工作適用于低誤碼率、長(zhǎng)距離的信息傳輸。可是計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力的提高使得加密過(guò)程的數(shù)字解碼面臨更大的挑戰(zhàn)。在種種情況下可以使用用半導(dǎo)體制成的激光器來(lái)改善相關(guān)的不足。

5 關(guān)于通信中的噪聲

在混沌通信中，假如僅僅從噪聲的方面考慮，在混沌通信上的噪聲是不如傳統(tǒng)通信的噪聲的。為了實(shí)現(xiàn)國(guó)防的安全例如對(duì)于陸海空的監(jiān)視等，需要通信系統(tǒng)擁有較高的保密性能、抗干擾能力和抗攻擊能力，而且要求在設(shè)備的終端擁有好的抗多址性能、遠(yuǎn)近效應(yīng)等等。因此就會(huì)用到在混沌內(nèi)的根據(jù)寬譜完成多址接入和擴(kuò)頻。需要考慮到在對(duì)于混沌特性加以運(yùn)用的情況下實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的可靠性和有效性。

6 混沌保密密碼的高性能

現(xiàn)下存在的流密碼是一種單一的鑰匙加密體系中對(duì)于分組密碼中的加密技術(shù)，其軟件具有加密速度快、同步通信容易實(shí)現(xiàn)好可實(shí)現(xiàn)性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此一經(jīng)出現(xiàn)就備受廣大用戶的關(guān)注，并在此基礎(chǔ)上制定了各種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。

7 混沌通信的寬帶無(wú)線技術(shù)

現(xiàn)下的通信由于其數(shù)字化、智能化和寬帶化的演進(jìn)，逐步實(shí)現(xiàn)了由內(nèi)容的單一傳輸向多媒體傳輸?shù)倪M(jìn)化，傳輸速率也隨之增加，與此同時(shí)通信面臨的安全問(wèn)題也隨之增加。因此，現(xiàn)在各國(guó)都在研究相應(yīng)的保密技術(shù)和加密方法來(lái)保證通信過(guò)程的安全。各種方法中必須要明白的是傳統(tǒng)的加密方法與現(xiàn)在要說(shuō)的通過(guò)密鑰控制的數(shù)據(jù)加密方法具有本質(zhì)上的不同，傳統(tǒng)方法就是將數(shù)據(jù)加密過(guò)后仍然為數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)加密的方法將數(shù)據(jù)加密后其有可能變成符號(hào)，不再單單的只是數(shù)據(jù)。

8 與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的混沌通信

近年來(lái)對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)的研究也隨之升溫，對(duì)其的研究不僅僅包括與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的理論，還包括混沌科學(xué)。混沌理論可以用于處理傳輸操作和數(shù)據(jù)資源的業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)的不相關(guān)的作用以及流量相關(guān)的統(tǒng)計(jì)特性，揭示網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)之間更進(jìn)一步的聯(lián)系。

9 混沌通信專利

國(guó)際上對(duì)于混沌應(yīng)用的專利現(xiàn)已達(dá)到四百項(xiàng)之多，我國(guó)在這上面的應(yīng)用也很多。混沌的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，包括了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防以及醫(yī)療等等。近二十年來(lái)，混沌在網(wǎng)絡(luò)的安全和保密通信方面的應(yīng)用已經(jīng)投入，在其他的領(lǐng)域也是極為廣泛。和混沌相關(guān)領(lǐng)域的研究，只要更加重視和努力，必定會(huì)取得更令人滿意的成果。

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作者簡(jiǎn)介

于彥峰（1980-），男，漢族，河南鄭州人，講師，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，電子與信息技術(shù)，研究方向：信息及通信技術(shù)。