基于抗反向迭代的混沌映射改进及高阶混沌序列的FPGA实现

发布时间：2017-10-16 12:36

  本文关键词：基于抗反向迭代的混沌映射改进及高阶混沌序列的FPGA实现

  更多相关文章： 混沌 改进型Logistic混沌映射 高阶Chebyshev混沌序列 FPGA

【摘要】：随着科技的进步,移动通信的高速发展,传统的伪随机序列已显现出序列长度、数量有限,复杂度不高等种种弊端,无法满足现有的需求。混沌序列由非线性系统迭代产生,具有对初值极高的敏感性,不收敛却有界,理想相关性等优良性质,使其越来越受到广大学者的关注和研究,在通信技术的应用领域具有广泛的发展空间。Logistic混沌映射动力系统仅有一个控制参数项,并且混沌区间范围小,应用于网络通信安全领域时会出现密钥空间狭小的问题,使其生成的密钥流序列存在安全缺陷,同时由于多次迭代运算过程的线性转换,使得该混沌映射存在反向迭代获得初值的较大可能性,大大限制了其实际应用。根据上述分析,本论文在转换过程中按照Logistic混沌映射取值要求引入正弦三角函数控制项,构造出一种改进型Logistic混沌映射,该映射在处于混沌状态时分形系数取值范围更宽,提高了非线性复杂度,增大了抗反向迭代破解能力。通过对分岔图和Lyapunov指数、初值敏感性、相关性、平衡性、游程特性、功率谱密度和传输能力等性能进行计算和仿真分析,结果表明该改进型映射性能良好,通过抗反向迭代测试更适用于电子商务数据加密、数字水印和保密通信等应用中。FPGA系统在处理复杂浮点数乘法运算的过程中,会出现调用的硬件资源随计算量增加呈指数型急速上涨的结果,容易导致系统崩溃。这类问题在Chebyshev混沌映射数字化实现中尤显突出,随着阶数的增大,Chebyshev扩频序列性能越来越优良,但通常要生成这些序列就只能在集成了丰富资源的较为昂贵的硬件电路中才有可能实现。因此,如何能够以尽量少的资源和成本实现高阶Chebyshev数字序列就显得很有意义了。本文首次提出一种适于FPGA电路资源并行调用的Chebyshev映射迭代运算规则,对高阶Chebyshev多项式进行优化变形,推导出新的迭代多项式。一方面通过降低多项式中初值的最高指数值来减少迭代过程中大量指数的运算,另一方面尽量把多项式化解成相同值的指数项居多的形式。这样的改造有利于把所分配的FPGA资源规划出较大的复用单元,并利用低阶指数项对应的高速运算模块代替原来的高阶指数项对应的低速运算模块,提高硬件电路的并行处理能力,大大降低了硬件计算资源的占有率,实现了在低成本硬件电路上获得更优良性能的Chebyshev混沌数字序列。最后对获取的序列进行了性能综合分析,结果表明,高阶Chebyshev混沌数字序列具备伪随机序列的优良特性。这些工作对于扩频通信的研究和发展具有一定的参考价值。
【关键词】：混沌 改进型Logistic混沌映射 高阶Chebyshev混沌序列 FPGA
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN791;O415.5
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 混沌及其研究历史9-11
• 1.2 混沌研究的现状和未来11-12
• 1.3 论文的主要内容12-13
• 1.4 本章小结13-15
• 第二章 混沌扩频序列15-29
• 2.1 传统伪随机序列15-19
• 2.1.1 m序列15-17
• 2.1.2 Gold序列17-19
• 2.2 几种常用的混沌映射19-25
• 2.2.1 Logistic映射19-21
• 2.2.2 Tent映射21-22
• 2.2.3 Chebyshev映射22-24
• 2.2.4 Henon映射24-25
• 2.3 混沌映射的数字化方法25-28
• 2.3.1 二值量化法25
• 2.3.2 多值量化法25-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 抗反向迭代的混沌映射改进及分析29-41
• 3.1 抗反向迭代的混沌映射改进29-31
• 3.2 混沌特性分析31-33
• 3.3 序列特性分析33-37
• 3.4 抗反向迭代测试37-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 基于硬件电路运算规则的Chebyshev混沌序列数字化41-49
• 4.1 基于硬件电路运算规则的高阶Chebyshev混沌序列实现41-44
• 4.2 Chebyshev混沌序列数字化44-48
• 4.2.1 6阶Chebyshev混沌序列数字化44-45
• 4.2.2 8阶Chrbyshev混沌序列数字化45
• 4.2.3 12阶Chebyshev混沌序列数字化45-46
• 4.2.4 16阶Chebyshev混沌序列数字化46-47
• 4.2.5 32阶Chebyshev混沌序列数字化47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 高阶Chebyshev混沌序列的FPGA电路实现及分析49-81
• 5.1 FPGA开发工具、环境及硬件平台49-53
• 5.1.1 FPGA设计流程49-50
• 5.1.2 Verilog HDL语言50-51
• 5.1.3 Quartus II设计软件51
• 5.1.4 Modelsim介绍51-52
• 5.1.5 FPGA硬件平台52-53
• 5.2 Chebyshev混沌序列的FPGA电路实现53-54
• 5.3 6阶Chebyshev混沌序列数字化硬件实现54-58
• 5.4 8阶Chebyshev混沌序列数字化硬件实现58-62
• 5.5 12阶Chebyshev混沌序列数字化硬件实现62-66
• 5.6 16阶Chebyshev混沌序列数字化硬件实现66-70
• 5.7 32阶Chebyshev混沌序列数字化硬件实现70-75
• 5.8 Chebyshev扩频序列性能研究75-80
• 5.8.1 相关性75-77
• 5.8.2 旁瓣和均方根77
• 5.8.3 游程特性77-78
• 5.8.4 平衡特性78
• 5.8.5 误码率78-80
• 5.9 本章小结80-81
• 第六章 全文总结及展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王伟;彭存建;;一种新型离散指数混沌映射的实现及其研究[J];现代电子技术;2014年01期

2 郭会,赵新有;对混沌映射定义的一些研究[J];华北工学院学报;2001年05期

3 朱从旭;黄大足;郭迎;;结合多混沌映射和输出反馈的图像加密算法[J];武汉大学学报(信息科学版);2010年05期

4 邱跃洪,何晨,诸鸿文;一种有限区间内无限折叠的混沌映射[J];高技术通讯;2002年09期

5 罗佑新;廖德岗;;耦合混沌映射牛顿迭代法与机构精确点运动综合[J];机械传动;2007年01期

6 赵欣;;不同一维混沌映射的优化性能比较研究[J];计算机应用研究;2012年03期

7 杨善义;汤永刚;叶陆陆;;一种改进的基于二维混沌映射的图像加密算法[J];黑龙江科技信息;2009年08期

8 张雪锋;范九伦;;一种新的分段非线性混沌映射及其性能分析[J];物理学报;2010年04期

9 古丽孜拉;王兴元;;基于多个一维混沌映射系统的多重加密算法[J];新疆大学学报(自然科学版);2008年02期

10 李宏,吕振肃,应隽;基于混沌映射的自适应小波包水印算法[J];甘肃科学学报;2004年02期

中国重要会议论文全文数据库 前9条

1 梁晓明;高婷;吕华平;;无标度混沌映射网络的开-关间歇振荡[A];2006全国复杂网络学术会议论文集[C];2006年

2 陈强洪;;基于简单混沌映射的随机数产生器[A];图像 仿真 信息技术——第二届联合学术会议论文集[C];2002年

3 陈增强;周茜;;KENT混沌映射在数字喷泉编码技术中的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

4 王正;朱兴动;黄葵;;基于混沌映射的数字图像加密及仿真研究[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年

5 王正;王波;朱兴动;;基于离散混沌映射的RGB数字图像加密算法[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年

6 王正;朱兴动;黄葵;刘永新;;基于离散混沌映射的数字图像加密通信算法[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年

7 陈永强;孙华宁;;基于二维混沌映射的数字图像加密算法[A];中国粮油学会第三届学术年会论文选集（下册）[C];2004年

8 刘佳;杨文革;余金峰;;混沌扩频序列相关性能仿真分析[A];2010通信理论与技术新发展——第十五届全国青年通信学术会议论文集（下册）[C];2010年

9 徐耀群;;一种混沌hash函数及应用[A];2005通信理论与技术新进展——第十届全国青年通信学术会议论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 张同锋;基于一维复合混沌映射的数字图像加密算法研究[D];兰州大学;2016年

2 王希忠;基于MPI的分段线性混沌映射加密算法的研究[D];哈尔滨理工大学;2014年

3 张雪锋;混沌序列生成技术及其若干应用研究[D];西安电子科技大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郝新;基于切比雪夫混沌映射的多态认证密钥协商协议研究[D];沈阳师范大学;2016年

2 单伟;基于抗反向迭代的混沌映射改进及高阶混沌序列的FPGA实现[D];云南大学;2016年

3 韩文娟;基于混沌映射的加密算法研究[D];中央民族大学;2012年

4 郑永爱;混沌映射的随机性分析[D];国防科学技术大学;2007年

5 魏雷;基于四维超混沌映射的图像加密算法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

6 赵明明;基于高维混沌映射的图像加密技术[D];哈尔滨工业大学;2011年

7 李厦;基于混沌映射的数字图像置乱算法[D];哈尔滨理工大学;2008年

8 康晓云;基于时空混沌映射的图像加密算法研究[D];汕头大学;2011年

9 方旋;基于混沌映射的散列算法改进及其在密钥协商协议中的应用[D];武汉工程大学;2013年

10 于佳;Cubic混沌映射及其在混沌掩盖通信中的应用[D];吉林大学;2007年

，

本文编号：1042711