基于FPGA技术的混沌数字图像加密与硬件实现

提出用FPGA技术实现混沌数字图像加密及其硬件实现的一种新方法.根据离散化和数字化处理技术,对三维Lorenz混沌系统作离散化处理,用硬件描述语言和FPGA技术产生三维Lorenz混沌迭代序列,分别对数字图像的红、绿、蓝三基色信号进行混沌加密和解密.基于芯片型号为EP2C35F672C6的FPGA开发平台,以X640×480 BMP格式的灰度图像为例,设计了Lorenz混沌序列对数字图像进行加密与解密算法,给出了FPGA硬件实现结果.     

一种基于混沌序列的彩色图像加密算法

提出一种基于混沌序列的彩色图像加密算法。该算法首先应用二维Logistic混沌系统产生2个混沌序列,利用对2个混沌序列进行排序产生的2个编号序列对彩色图像进行位置的置乱,然后应用三维Lorenz混沌系统产生的混沌序列中各值进行大小排序,用以引导对置乱后的彩色图像进行像素点的R,G,B值的置换操作,从而实现对颜色的加密。实验结果表明,该算法具有密钥空间大、安全性高和保密性好的特点。     

基于MP3编码过程的音频加密研究

提出了一种使用Lorenz混沌系统,Logistic混沌系统和MP3编码过程相结合的音频加密方法。首先由Lorenz混沌系统与Logistic混沌系统产生一张混沌表,根据混沌表生成的混沌序列作为加密序列。加密序列将MP3数据帧中的比例因子和霍夫曼码加密,这种加密方法不仅保证了安全性,同时也提高了加密的效率。     

基于混沌序列和CBC模式的数字图像加密算法

为了实现对数字图像信息的有效保护,提出了一种基于Lorenz混沌序列和类似CBC模式的图像加密算法.首先对Lorenz系统输出的三维混沌序列进行改进,使其具有理想的伪随机特性.然后,根据这三维序列移位图像的像素位置.将图像分块,根据这三维序列和CBC模式改变每一块的像素值,从而实现图像加密;解密时,给出一种基于邻域相邻像素特性的加密图像抗剪切攻击恢复算法.最后应用评价指标对加解密效果和安全性进行分析.     

用FPGA技术产生双涡卷混沌吸引子

以Chua系统为典型实例,利用数字化处理技术,对其连续时间混沌系统的状态方程进行离散化。基于FPGA实验平台中的DSP Buitder技术,设计了Chua系统的MDL源文件,阐述了用FPGA技术产生Chua混沌吸引子的设计原理、方法与实验步骤。在此基础上进行了电路实验,给出了硬件实验结果,证实了数值仿真与硬件实验结果的一致性。该方法还可适用于在广义Lorenz系统族中产生混沌吸引子。     

基于DSP的混沌数字图像加密与硬件实现

介绍了在DSP基础上,实现数字图像的混沌加密及硬件实现方法.根据离散化和数字化处理技术,对三维Lorenz混沌系统作离散化处理,用C语言和DSP技术产生三维Lorenz混沌迭代序列,分别对数字图像的红、绿、蓝三基色信号进行混沌加密和解密.基于芯片型号为TMS320VC5509A的DSP开发平台,以bmp格式的灰度图像为...     

基于Lorenz系统切换混沌同步的保密通讯

该文提出利用Lorenz系统切换混沌同步实施保密通讯的方法。构建了有一定关联的两个Lorenz混沌系统,并通过选择器在系统间随机切换;用同一种控制方法既能实现不同Lorenz系统的混沌同步,又能实现相同Lorenz系统的混沌同步;发送系统可以在Lorenz混沌系统间随机转换,传输信道中混沌调制信号也随之不断变化;接收系统将混沌调制信号解调后,即可获取有用信号。由于发送系统的可选择性,导致保密信号的多样性和随机性,因此该保密通讯方法具有更好的保密性能。     

一种超混沌PN序列的设计与实现

为了产生性能良好的伪噪声（PN）序列,基于一个新的超混沌系统,文中提出了一种超混沌PN序列的设计与实现方法,在对连续超混沌系统离散、量化的基础上,利用FPGA芯片实现了这种超混沌PN序列。通过一个串口通信模块电路采集了输出序列的全部样本并进行了序列性能分析,分析表明这种超混沌PN序列具有优良的随机特性和自相关特性,可用于扩频通信和信息加密之中。     

混沌伪随机序列生成算法研究

对常见的一维Logistic混沌系统的伪随机序列的产生方法原理进行了研究,然后采用NISTSP800—22测试标准对几种典型的一维混沌伪随机生成方法进行了随机性测试分析。测试结果显示,一些被大量采用量化算法均存在一些安全缺陷,为混沌在信息安全中的应用提供了指导。最后提出了若干使用Logistic混沌系统的建议,以提高系统的安全性。     

一类混沌映射扩频序列的研究

Logistic混沌映射可产生用于扩频系统的跳频序列。该文用Logistic映射构造了一个二维混沌映射,证明了该二维混沌映射轨道点的概率密度分布,提出了一种混沌跳频序列的产生方法,并通过数值仿真分析了此类扩频序列的奇、偶相关特性和序列码的平衡特性.结果表明:该混沌跳频序列具有良好的性能。     

基于FPGA的Lorenz混沌序列的设计及统计测试

硬件加密及混沌算法的应用在信息安全领域中有重要的意义.这里以一种实际应用中常用的Lorenz混沌系统为例,介绍了利用FPGA技术实现该混沌序列的一种物理生成方法,并介绍了衡量此随机比特生成器质量的统计测试方法,这不同于以往的普通序列测试.通过统计测试实验表明,此随机比特生成器所生成的四个序列中x序列的统计特性没有其它三个序列好,在实际运用中应加以注意.可见统计测试在随机比特生成器的质量验证中有着很为必要的作用.     

FPGA implementation of fractional-order chaotic systems

This paper presents the digital implementation of fractional-order (FO) chaotic systems on Field Programmable Gate Array (FPGA). In the proposed work Simulink model of each chaotic system is first realized using HDL coder of MATLAB, wherein each coefficient and signal is represented using a fixed number of bits. The construced design is translated into VHDL code using hardware generation block. This code is further translated into bitstream file using Quartus software. The chaotic system is implemented by downloading the obtained bitstream file into Altera FPGA Cyclone IV E (EP4CE11529C7N) chip. A methodology has been developed to construct FO chaotic system using HDL coder. Five different FO chaotic systems, viz., Lorenz, Chen, Lü, Arneodo, and Lorenz Hyperchaotic system have been presented in the paper to illustrate the methodology. The systems have been implemented on FPGA platform. Analysis of each chaotic system is carried out on the basis of hardware resource utilization, static power analysis and synthesis frequency on FPGA. The results show that FPGA provides high-speed realizations with the desired accuracy and low power consumption for FO chaotic systems.     

一种变形Lorenz系统的混沌特性研究

在Lorenz混沌系统的基础上,加入周期策动力信号形成一种变形的Lorenz系统。利用广义哈密顿系统理论的梅尔尼科夫方法,证明变形Lorenz系统具有Smale马蹄变换意义下的混沌。利用功率谱、Lyapunov指数谱、庞卡莱映射等分析方法,进一步证明了变形Lorenz系统具有混沌系统的运动规律。变形Loren系统主要具有混沌态和类周期态两种状态。当系统处在一个临界状态,系统参数的微小变化就可以引起系统状态的性质变化,使最大Lyapunov指数由正变负。仿真实验表明该混沌系统对微弱周期信号非常敏感,同时对噪声具有极强的免疫力,这种性质使得混沌系统具有检测小信号的潜力,可以实现强噪声背景下弱周期信号有效的自动检测。变形Lorenz系统信噪比工作门限可达到-29dB,进一步优化系统参数,还可以继续降低信噪比下限。      

利用跟踪控制实现单模激光lorenz系统和新系统的混沌同步

分析了单模激光Lorenz系统和新系统的动力学特性.基于非线性反馈控制器的设计,利用跟踪控制使处于混沌和超混沌的两系统之间的拓扑不等价的异结构混沌系统成功地达到了混沌同步,依据线性稳定性理论分析,确定了控制系统的稳定性.数值模拟表明,通过适当地选择反馈增益系数,响应系统得到了有效控制.由于控制过程中无需计算Lyapunov指数,异结构混沌系统间的拓扑结构亦可以有较大差异,可降低混沌控制工作量和提高保密通信的性能.     

混沌信号的相空间重构和预测方法研究

基于复杂非线性系统的相空间重构理论和神经网络本质为非线性映射关系的特点,提出利用混沌时间序列重构相空间和BP神经网络构建其预测模型的方法。利用该方法对典型的Lorenz混沌时间序列进行了空间重构,研究了预测模型的预测效果,结果表明单步预测效果理想,多步预测在50步以内也能取得较小的预测误差,证明了混沌信号不同于随机噪声,具有短期可预测、长期不可预测的特征。该方法为具有混沌特性的时间序列如心电信号、电力负荷等预测模型的建立提供了理论基础。     

声光双稳态混沌系统参数调制通信

文中我们针对声光双稳态混沌系统提出了参数调制的方法实现保密通信，计算研究表明，参数调制虽然对混沌系统有一定的改变，但并不改变该系统的伪随机的特性，我们还计算模拟了该方法，并讨论了对其的影响因素。     

利用相移键控实现混沌通信

本文讨论了利用相移键控的方法进行混沌通信,提出了一种利用相移键控（2PSK）进行信号调制,在接收端用信号自身延迟处理解调的混沌非同步通信方法,并利用计算机进行了模拟计算。     

Logistic chaotic sequence generator based on physical unclonable function

Logistic nonlinear chaotic system has many good characters such as initial value sensitivity and topological mixing in the some parameter condition,which is used to create the random sequence signal generator.Because of the attributions of randomness and uniqueness even under the exact,the same circuit layouts and manufacturing procedures,there is still an instinct unclonable difference in each integrated circuit.Therefore,a new sequence stream generator was proposed based on Logistic chaotic system and physical unclonable function designed by double output look-up-table (LUT).The output of the Logistic sequence generator was associated with a specific physical circuit.This kind of sequence generator could resist an attack such as the replication of the keys of the system.The system was designed and tested on the Xilinx FPGA board.The results show that the same architecture of the circuit and the same config file operated on the different FPGA developing board can generate the total different random chaotic sequence stream and improve the randomness of the stream.     

Optimization and CMOS design of chaotic oscillators robust to PVT variations: INVITED

Edward Lorenz was an early pioneer of the chaos theory. He discovered that small changes in initial conditions produce large changes in long-term outcome, and introduced a chaotic attractor already known as Lorenz chaotic oscillator, which produces a butterfly-like behavior. This and all kinds of continuous-time chaotic oscillators can be simulated with different numerical methods. However, a bad choice of the step size and/or parameters of the mathematical models can produce errors or even mitigate the chaotic behavior. These issues are related to the main property of chaotic oscillators, the high sensitivity to the initial conditions, which is quantified by evaluating the maximum Lyapunov exponent (MLE). The Lorenz and other representative oscillators like Lü, Chua's circuit and Rössler have been implemented using different discrete electronic devices and few ones with integrated circuits (IC) using CMOS technologies. Designing CMOS chaotic oscillators is challenging because a very small variation in their parameters from their mathematical models or in the sizes of the MOS transistors may suppress the chaotic behavior. This article describes how to perform a successful simulation and optimization, and how to synthesize the mathematical models using CMOS technology. The application of metaheuristics to optimize MLE by varying the parameters of the oscillators, and the optimization of the CMOS IC design to guarantee robustness to process, voltage and temperature (PVT) variations, are discussed. Finally, we discuss issues on the application of chaos generators in random number generators, robotics and chaotic secure communication systems.