基于多級混沌調制保密的通信系統研究

魏晨輝+劉映杰

【摘要】 由于混沌信號在通訊過程中有非常多的優勢，因此被廣泛應用在需要保密的通訊中。本文通過對多級混沌調制保密系統進行簡單介紹，并且在之后對混沌通信過程中一些方法進行介紹，希望可以使更多的人了解保密通信。

【關鍵字】 混沌調制 保密 通訊系統

引言：最早研究的混沌通訊技術是掩蓋通訊，通過在混沌輸出的信號上添加信息信號，在信號的接收端配置相同的混沌系統，在接收信號之后通過設備還原信號，可以避免信息的泄露，有利于通訊安全。

一、混沌調制保密研究背景及意義

混沌原理的出現是歷代科學家研究的成果，科研人員使用蝴蝶來形容混沌控制的美妙，這一做法激勵了很多科研人員對混沌原理的研究。混沌其實是特殊的動力學，混沌現象是通過非動態系統中表現出的確定性、類隨機過程，并且這種現象是不具有周期性、雖然沒有收斂但是有界限，對于初始值非常敏感。并且混沌學的發現受到全世界范圍內物理學家的歡迎，在之后的一些會議中，混沌學逐漸應用到氣象學、電子學、物理學以及信息科學中，對這些行業起到了促進發展的作用。使用混沌調制進行通訊信息的保密主要是因為混沌通信是以混沌波作為信號的載體，并且只有通過與發送端相同的設備才可以接收并且破譯信號，這一點有效的降低了信息在傳輸過程中被截獲破譯的可能性。并且混沌調制通信的信號具有類噪音以及難預測等特點，這也給信號的截獲帶來巨大難度。

二、混沌調制內涵

混沌現象是指在非線性系統過程中出現的類隨機、確定的過程，由于其具有非周期、有界限、并且不收斂的過程，它對于初始條件非常敏感。通過混沌的序列對開始條件的敏感性，因此可以通過信號恢復以及混沌掩蓋用于多址通信，而且混沌現象具有類噪聲特性，這一點對通信系統的提升有非常重要的作用，通過對信號的準確再生 可以用于信號恢復以及混沌掩蓋。混沌調制的保密主要是根據將信號掩藏在混沌載波中，并且通過符號的相關動力學對不同形狀的波形進行分析剖析，在信號傳輸以及接收端必須使用相同的設備。所以，在實現混沌調制通信實現混沌的同步時技術實現的關鍵，要確保設備保持同步，需要對設備的初始值進行設定。混沌調制的保密技術可以分為三點：混沌涵蓋技術、混沌監控技術以及混沌參數調制。

三、混沌調制保密方法

1、混沌掩蓋。混沌掩蓋被稱為混沌隱藏或者混沌遮掩，它是最先提出來的混沌保密方式。混沌掩蓋技術的基本原理是：通過在發送端采用混沌信號作為載體對信號進行遮掩或者對信號進行隱藏，在信號的接收端利用混沌同步對接收到的混沌信號進行去遮掩，進而可以獲得傳輸的關鍵信息。使用混沌技術進行信號掩蓋使用的方法主要有：相加、相乘以及或者兩者的結合，要實現這種通訊方法主要依賴混沌系統之間的同步，對于使用混沌技術進行信息傳遞時，需要傳送的信息的幅值基本非常小，只有這樣才可以保證混沌信號不會過于偏離原有軌跡，但是幅值較小使其非常容易受到信道噪音干擾。所以，混沌掩蓋技術存在著對信號噪聲過于敏感、對線路的帶寬有限制、而且保密性相對較低的缺點，在實際的使用中有困難。對于混沌掩蓋技術只能適應慢變信號，其對快變以及時變信號無法很好地進行相應的信息處理。

2、混沌鍵控。實現混沌鍵控技術主要通過兩點進行：一是混沌開關鍵控——通過其發送的數字信號進行調制發送端混沌系統的相關參數，使傳送的數值在兩者值之間進行相應的切換，因此，可以確保信息可以被編碼在兩個混沌吸引內，在接收端進行設備配置時需要保證接收端與傳送端相同，并且相應參數需要控制為固定這兩個值得其中一個。信號在進行發送時，時間間隔內，需要通過設備進行檢測每個混沌系統的相對誤差，通過檢測的結果來判斷信號是否發送完成。另一個是差分混沌技術——將發送的每個信息的時間間隔分為兩段，一段時對參考信號進行傳送，另一段是對數字信號進行傳輸。參考的信息主要取決于發送的數字信號，并且通過信號進行有關解調，通過這一步可以實現接收端傳輸信號的恢復。由于差分混沌鍵控技術中，信號的沒有周期性，也就是“1”和“0”碼帶有的能量不是完全相同。因此，即便在沒有外在噪音干擾的情況下，進行相關的結果估算依舊會出現誤差，這會對系統的誤碼性產生較大影響。通過將混沌調頻技術、混沌多相序技術引入到差分混沌鍵控技術中，就可以對出現的誤差進行有效的解決。盡管如此，它依舊存在受到信道寬帶的相關限制。所以，很多的學者把注意力轉向高維混沌系統。利用高維混沌系統可以有效減少混沌通信保密出現的相關問題。

總結：文章通過對混沌技術的發展背景以及混沌調制保密的信號傳輸優勢進行簡單介紹。并且通過對混沌內涵進行介紹之后將實現混沌通信的幾點關鍵技術進行簡單介紹，希望可以在之后使用的通信保密技術中，可以起到一定的借鑒作用，促進通信保密技術的不斷發展。

參 考 文 獻

[1]蒲興成.一類連續混沌系統的自適應同步控制器[J〕.四川大學學報：自然科學版，2006，43（6）：1412.

[2]劉揚正，姜長生.線性反饋控制新的4維超混沌系統同步[J].四川大學學報：自然科學版，2007，39（6）：138.