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所謂保密通信，就是為了防止通信秘密被竊取，在通信的過(guò)程中對秘密信息及其傳輸方式采取隱蔽的手段，從而達到保密的目的�；煦缡欠蔷�(xiàn)性動(dòng)力學(xué)系統所特有的一種運動(dòng)形式。自從1990年提出混沌同步的原理并在電路中得以實(shí)現以來(lái)，混沌控制與同步及其應用迅速成為非線(xiàn)性研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。同時(shí)，混沌現象具有遍歷性、非周期性、連續寬帶頻譜、類(lèi)噪聲等特性，特別適用于保密通信及圖像加密領(lǐng)域�，F在混沌保密通信大致分為3類(lèi)：第1類(lèi)是直接利用混沌進(jìn)行保密通信，如基于單片機利用Logistic映射對語(yǔ)音信號進(jìn)行加解密實(shí)驗、基于PC機利用Logistic映射和Henon映射對圖像信號進(jìn)行加解密實(shí)驗；第2類(lèi)是利用混沌同步進(jìn)行保密通信[3-4]；第3類(lèi)是混沌數字編碼的異步通信。其中，第2類(lèi)混沌同步保密通信是當前國際上研究的一大熱點(diǎn)。 本文根據細胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )(CNN)混沌同步的原理，基于單片機進(jìn)行灰度圖像的保密通信實(shí)驗。通過(guò)無(wú)噪聲、不同程度噪聲干擾及同步性能的比較驗證了該方案的可行性。 1 CNN混沌模型 4元CNNs混沌同步保密通信如圖1所示。 發(fā)射系統： 傳輸信號： s(t)=KX+200y4+i(t) 通過(guò)同一個(gè)驅動(dòng)變量s(t)，實(shí)現同步誤差e=x-x′，當e=0時(shí)候，也就是平衡狀態(tài)穩定時(shí)，構建的接收方程如下： 接收系統： 式中，取K=[80.190 0、20.154 6、11.936 3、-89.800 0]。 2 系統設計 2.1 單片機及開(kāi)發(fā)工具 本文使用的單片機為AT89S52，在此基礎上實(shí)現灰度圖像混沌保密通信。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS集成電路芯片8位微控制器，具有8 KB系統可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51單片機指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S52可為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 本文使用的單片機開(kāi)發(fā)工具為Keil C51，版本為808A。此開(kāi)發(fā)工具支持匯編/C語(yǔ)言編程。并且提供各種模擬芯片供軟件仿真使用。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統，與匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，易學(xué)易用。 2.2 設計流程 灰度圖像為二維信號，而本次設計所需的信號為一維信號，因此，實(shí)驗前必須如圖2所示將灰度圖像的二維點(diǎn)陣數組(m×n)轉換為一維數組，作為輸入信號i(t)。 整個(gè)實(shí)驗流程如圖3所示。需要說(shuō)明的是，由于單片機存儲單元有限，混沌算法經(jīng)過(guò)多次乘加，中間參量生成較多，為了獲得完整的數據結果以及單片機的運轉正常，特設定了5個(gè)數據為1次算法循環(huán)。一旦結束1次算法循環(huán)，便將結果數據發(fā)送至計算機，下次循環(huán)結果覆蓋保存在相同的存儲單元。這樣，保證了數據的完整性以及實(shí)驗的流暢性 3 實(shí)驗結果 實(shí)驗界面如圖4所示，功能如下： 噪聲參數：通信噪聲，模擬實(shí)際環(huán)境外界干擾下實(shí)驗結果。 同步參數X：4元CNN混沌算法，X初始值，表示通信的同步性，X為0時(shí)，表示同步；大于零時(shí)表示欠同步，X值越大，同步性能越差。 通行測試：測試單片機是否連接正確。 運行：在通行測試正常情況下，點(diǎn)擊運行，顯示如圖4所示。 輸入不同的噪聲參數以及同步參數獲得的結果如圖5所示。 本文基于CNN混沌同步原理，在單片機上實(shí)現了灰度圖像的保密通信。在噪聲系數和同步系數不同的情形下分別對實(shí)驗結果進(jìn)行了對比，實(shí)驗結果如圖5所示。在理想情況下(即噪聲為0，完全同步情況下)，驗證了在單片機上混沌保密的可行性。而在噪聲逐漸增大的情況下，圖像的失真度越來(lái)越高，這符合實(shí)際情況。在同步參數改變的情況下，圖像出現欠同步現象，印證了在單片機上同步算法的運行正確性。單片機作為小型芯片設備，可嵌入在各種電子產(chǎn)品中，應用領(lǐng)域、成本低、效益高，并且保密通信效果穩定。 |
