基于超混沌的伪随机序列发生器的FPGA实现
发布时间：2022-12-07 07:18
近年来,信息安全问题日益凸显,人们越来越多地开始关注个人信息的安全。伪随机序列在信息加密科学技术领域有着广泛的应用,因此设计性能优良的伪随机序列发生器成为研究的热点。混沌系统由于对初始条件的敏感依赖性而能产生数量众多、非相关、类随机而又确定可再生的混沌序列,在伪随机序列发生器设计领域有着很好的前景。本毕业论文以Qi超混沌系统为研究对象,首先以DSP-Builder和硬件描述语言两种方式在FPGA硬件平台实现了该超混沌系统。并对比和总结了这两种设计方式的优缺点,从而为以后的设计提供一定的参考。基于Qi超混沌系统设计了一个单精度浮点数伪随机数发生器。采用自顶向下的设计方法,规划了伪随机数发生器的整体结构和各个功能模块,并采用VerilogHDL进行了模块化设计。采用分时复用的思想,通过模块复用以速度换面积来节省系统资源占用,并且利用高维混沌及计算机浮点数格式的特点,通过比特位抽取的方法来有效地提高伪随机序列生成速率。最后的实验结果验证了设计的正确性,仿真结果表明本设计占用资源少,仅占5007个逻辑单元;伪随机序列生成速率最高可为23.8Mbps。根据美国国家标准与技术局（NIST）提供的伪...
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 混沌系统简介
1.3 基于混沌的伪随机数发生器的研究现状及问题
1.4 本课题主要研究内容
第二章 利用FPGA实现Qi超混沌吸引子
2.1 FPGA简介
2.1.1 FPGA的基本结构
2.1.2 FPGA的开发工具及流程
2.1.3 硬件描述语言
2.2 Qi超混沌系统动力学分析
2.3 FPGA实现Qi超混吸引子
2.3.1 Verilog HDL实现混沌吸引子
2.3.2 DSP-Builder实现混沌吸引子
2.4 两种方法的对比
2.5 本章小结
第三章 基于FPGA的伪随机序列发生器的设计
3.1 系统整体结构设计
3.2 混沌伪随机序列发生器的FPGA模块设计
3.2.1 数据收发模块
3.2.2 种子转换模块
3.2.3 超混沌系统模块
3.2.4 FIFO及FIFO控制模块
3.3 仿真及实验结果
3.4 本章小结
第四章 伪随机序列的分析与统计测试
4.1 伪随机序列分析
4.1.1 伪随机序列的速度
4.1.2 伪随机序列的相关性
4.1.3 伪随机序列的初值敏感性
4.2 NIST统计测试
4.2.1 NIST介绍
4.2.2 NIST测试结果
4.3 伪随机序列在图像加密中的应用
4.3.1 图像加密过程
4.3.2 统计特性分析
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文总结
5.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于一个新的四维离散混沌映射的图像加密新算法[J]. 朱淑芹,李俊青,葛广英. 计算机科学. 2017(01)
[2]基于时空混沌的伪随机数发生器设计[J]. 涂光友,何波. 计算机应用. 2013(12)
[3]一个新的四翼超混沌系统及其FPGA实现[J]. 黄沄,张鹏,赵卫峰. 西南大学学报(自然科学版). 2013(06)
[4]具有不可预测性的物理混沌随机序列的产生与随机性统计测试分析[J]. 骆开庆,丘水生,晋建秀. 湖南大学学报(自然科学版). 2013(04)
[5]基于龙格库塔算法和可编程门阵列技术的混沌系统实现[J]. 王日明,刘明华,盛堰,冯久超. 西南师范大学学报(自然科学版). 2012(01)
[6]基于FPGA的数字混沌序列的实现及性能分析[J]. 杜斌峰,王智敏,孙跃. 电子器件. 2011(04)
[7]基于小波变换的数字图像混沌加密算法[J]. 冯明库. 电光与控制. 2010(12)
[8]基于FPGA的混沌信号发生器的设计与实现[J]. 刘玉民,张雨虹,姚明林. 计算机工程与设计. 2010(18)
[9]基于线性反馈移位寄存器和混沌系统的伪随机序列生成方法[J]. 张雪锋,范九伦. 物理学报. 2010(04)
[10]基于超混沌系统的图像加密算法的安全性分析[J]. 刘金梅,丘水生,刘伟平. 计算机应用研究. 2010(03)
博士论文
[1]伪随机序列的性质及其应用研究[D]. 孙玉花.西安电子科技大学 2013
[2]混沌技术在现代保密通信中的应用研究[D]. 王宏霞.电子科技大学 2002
硕士论文
[1]一种基于Chebyshev映射的改进型混沌序列生成算法[D]. 沈孟龙.云南大学 2015
[2]混沌序列密码设计与实现研究[D]. 韦鹏程.重庆大学 2004
[3]混沌伪随机序列发生器设计及应用[D]. 张靓.黑龙江大学 2008
本文编号：3712472
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 混沌系统简介
1.3 基于混沌的伪随机数发生器的研究现状及问题
1.4 本课题主要研究内容
第二章 利用FPGA实现Qi超混沌吸引子
2.1 FPGA简介
2.1.1 FPGA的基本结构
2.1.2 FPGA的开发工具及流程
2.1.3 硬件描述语言
2.2 Qi超混沌系统动力学分析
2.3 FPGA实现Qi超混吸引子
2.3.1 Verilog HDL实现混沌吸引子
2.3.2 DSP-Builder实现混沌吸引子
2.4 两种方法的对比
2.5 本章小结
第三章 基于FPGA的伪随机序列发生器的设计
3.1 系统整体结构设计
3.2 混沌伪随机序列发生器的FPGA模块设计
3.2.1 数据收发模块
3.2.2 种子转换模块
3.2.3 超混沌系统模块
3.2.4 FIFO及FIFO控制模块
3.3 仿真及实验结果
3.4 本章小结
第四章 伪随机序列的分析与统计测试
4.1 伪随机序列分析
4.1.1 伪随机序列的速度
4.1.2 伪随机序列的相关性
4.1.3 伪随机序列的初值敏感性
4.2 NIST统计测试
4.2.1 NIST介绍
4.2.2 NIST测试结果
4.3 伪随机序列在图像加密中的应用
4.3.1 图像加密过程
4.3.2 统计特性分析
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文总结
5.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于一个新的四维离散混沌映射的图像加密新算法[J]. 朱淑芹,李俊青,葛广英. 计算机科学. 2017(01)
[2]基于时空混沌的伪随机数发生器设计[J]. 涂光友,何波. 计算机应用. 2013(12)
[3]一个新的四翼超混沌系统及其FPGA实现[J]. 黄沄,张鹏,赵卫峰. 西南大学学报(自然科学版). 2013(06)
[4]具有不可预测性的物理混沌随机序列的产生与随机性统计测试分析[J]. 骆开庆,丘水生,晋建秀. 湖南大学学报(自然科学版). 2013(04)
[5]基于龙格库塔算法和可编程门阵列技术的混沌系统实现[J]. 王日明,刘明华,盛堰,冯久超. 西南师范大学学报(自然科学版). 2012(01)
[6]基于FPGA的数字混沌序列的实现及性能分析[J]. 杜斌峰,王智敏,孙跃. 电子器件. 2011(04)
[7]基于小波变换的数字图像混沌加密算法[J]. 冯明库. 电光与控制. 2010(12)
[8]基于FPGA的混沌信号发生器的设计与实现[J]. 刘玉民,张雨虹,姚明林. 计算机工程与设计. 2010(18)
[9]基于线性反馈移位寄存器和混沌系统的伪随机序列生成方法[J]. 张雪锋,范九伦. 物理学报. 2010(04)
[10]基于超混沌系统的图像加密算法的安全性分析[J]. 刘金梅,丘水生,刘伟平. 计算机应用研究. 2010(03)
博士论文
[1]伪随机序列的性质及其应用研究[D]. 孙玉花.西安电子科技大学 2013
[2]混沌技术在现代保密通信中的应用研究[D]. 王宏霞.电子科技大学 2002
硕士论文
[1]一种基于Chebyshev映射的改进型混沌序列生成算法[D]. 沈孟龙.云南大学 2015
[2]混沌序列密码设计与实现研究[D]. 韦鹏程.重庆大学 2004
[3]混沌伪随机序列发生器设计及应用[D]. 张靓.黑龙江大学 2008
本文编号：3712472
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3712472.html
