一种有限精度下的无退化混沌序列产生方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种有限精度下的无退化混沌序列产生方法及系统，属于混沌密码技术领域；本发明专利技术利用确定的外部熵源生成扰动序列，每隔指定迭代次数，采用序列中的对应数值对系统状态变量进行扰动后再输入至离散混沌系统进行混沌映射。基于精心设计的外部熵源及生成序列，该扰动方案解决了有限精度下混沌系统的退化问题，可以得到理论上可严格证明、可实现、成本低的有限精度下的无退化混沌序列。不仅能够简单有效地解决数字混沌系统由于有限精度效应导致的混沌退化，保证混沌系统对有限精度免疫，还能够根据安全应用需求，灵活构造满足多场景的混沌序列。除此之外，本发明专利技术还可以应用在密码学、保密通信、伪随机数设计、隐私保护等领域中。等领域中。等领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种有限精度下的无退化混沌序列产生方法及系统


[0001]本专利技术属于混沌密码
，更具体地，涉及一种有限精度下的无退化混沌序列产生方法及系统。

技术介绍

[0002]混沌(Chaos)是非线性确定性系统中出现的内在随机现象。混沌系统具有局部不稳定性、初值敏感性、伪随机性以及遍历性等性质，与密码学所要求的扩散(diffusion)以及混乱(confusion)两个基本原则相似。因此，混沌理论为密码理论的发展提供了新的思路，在保密通信等领域都有广阔的应用前景。
[0003]混沌系统所产生的混沌序列最鲜明的特征是初值敏感性，且工作在无限的连续实数集上，这与在有限离散集上工作的密码学系统有着重要的区别。在实际工作的系统中，计算机、数字电路系统的有限精度限制容易使混沌系统偏离原本理论上的无序状态从而退化进入“短周期”循环现象。
[0004]为了防止因计算机存在有效精度效应导致的数字混沌系统的动力学特性退化，研究者们提出了一系列方法来解决此类问题，如在一种方法中，通过使用更高的有限精度，使其随着迭代次数的逐渐增加而减缓退化速度，但该方法并不能从根本上解决混沌系统退化问题，且实现成本较高；在另一种方法中，设计了混沌系统之间的组合，此类方法可以有效地延长混沌系统的周期，但生成的混沌序列分布情况并不理想；还有一种方法使用了更高维的混沌系统或者分形结构，该方法能有效缓解退化问题，但整体结构复杂，理论分析困难。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种有限精度下的无退化混沌序列产生方法及系统，用以解决现有技术无法在保证混沌系统的混沌特性的前提下，简单有效地解决混沌系统在有限精度下混沌退化进入短周期循环的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种有限精度下的无退化混沌序列产生系统，包括：扰动序列生成模块、扰动模块和离散混沌系统；
[0007]扰动序列生成模块用于在接收到开始指令后，开始生成无周期序列作为扰动序列，并从无退化混沌序列产生系统第一次迭代开始，每隔指定迭代次数，将扰动序列中的扰动值依次输出至扰动模块中；
[0008]扰动模块用于在接收到开始指令后，无退化混沌序列产生系统开始第一次迭代，并接收外部输入的混沌初值作为第一次迭代下的系统状态变量；且在每一次迭代下：当接收到扰动序列生成模块输入的扰动值时，采用当前输入的扰动值对当前迭代下的系统状态变量进行扰动，得到当前迭代下的中间状态变量，并输出至离散混沌系统；当未接收到扰动序列生成模块输入的扰动值时，直接将当前迭代下的系统状态变量作为当前迭代下的中间状态变量输出至离散混沌系统；
[0009]离散混沌系统用于在每一次迭代下，采用其迭代映射函数对当前迭代下的中间状态变量进行混沌映射，得到当前迭代下的混沌值进行输出，同时将当前迭代下的混沌值作为下一次迭代下的系统状态变量，反馈至扰动模块中。
[0010]进一步优选地，当在第n次迭代下存在扰动时，无退化混沌序列产生系统在第n+1次迭代下的系统状态变量f
DC
(f
P
(x(n)，S(m))，μ)；
[0011]当在第n次迭代下不存在扰动时，无退化混沌序列产生系统在第n+1次迭代下的系统状态变量x(n+1)＝f
DC
(x(n)，μ)；
[0012]其中，f
DC
(
·
)为离散混沌系统的迭代映射函数；μ为离散混沌系统的参数；f
P
(x(n)，S(m))为第n次迭代下的中间状态变量，具体为采用扰动值S(m)对第n次迭代下的系统状态变量x(n)进行扰动操作后的结果；扰动值S(m)为第n次迭代下输入到扰动模块中的扰动序列中的第m个扰动值。
[0013]进一步优选地，上述无退化混沌序列产生系统生成的无退化混沌序列由其多个迭代下的混沌值构成。
[0014]进一步优选地，相邻两次扰动之间的扰动间隔由指定迭代次数决定；
[0015]指定迭代次数为某一预设固定值，或者为随扰动次数动态变化的非负整数值；
[0016]当指定迭代次数为随扰动次数动态变化的非负整数值时，每扰动一次，指定下一次扰动与当前扰动之间的迭代次数，作为当前的指定迭代次数。
[0017]进一步优选地，离散混沌系统通过对连续混沌系统进行离散化得到。
[0018]第二方面，本专利技术还提供了上述无退化混沌序列产生系统在混沌密码、混沌数字调制或混沌伪随机数发生器中的应用。
[0019]第三方面，本专利技术提供了一种有限精度下的无退化混沌序列产生方法，包括：
[0020]在接收到开始指令后，开始第一次迭代，并接收外部输入的混沌初值作为第一次迭代下的系统状态变量；与此同时，开始生成无周期序列作为扰动序列，并从无退化混沌序列产生系统第一次迭代开始，每隔指定迭代次数，将扰动序列中的扰动值按照顺序依次作为对应迭代下的扰动值；
[0021]在每一次迭代下：
[0022]当当前迭代下存在对应的扰动值时，采用当前迭代下的扰动值对当前迭代下的系统状态变量进行扰动，得到当前迭代下的中间状态变量，并采用离散混沌系统对当前迭代下的中间状态变量进行混沌映射，得到当前迭代下的混沌值进行输出，同时将当前迭代下的混沌值作为下一次迭代下的系统状态变量；
[0023]当当前迭代下不存在对应的扰动值时，直接采用离散混沌系统对当前迭代下的系统状态变量进行混沌映射，得到当前迭代下的混沌值进行输出，同时将当前迭代下的混沌值作为下一次迭代下的系统状态变量。
[0024]进一步优选地，当在第n次迭代下存在扰动时，无退化混沌序列产生系统在第n+1次迭代下的系统状态变量f
DC
(f
P
(x(n)，S(m))，μ)；
[0025]当在第n次迭代下不存在扰动时，无退化混沌序列产生系统在第n+1次迭代下的系统状态变量x(n+1)＝f
DC
(x(n)，μ)；
[0026]其中，f
DC
(
·
)为离散混沌系统的迭代映射函数；μ为离散混沌系统的参数；f
P
(x(n)，S(m))为第n次迭代下的中间状态变量，具体为采用扰动值S(m)对第n次迭代下的系统
状态变量x(n)进行扰动操作后的结果；扰动值S(m)为第n次迭代下输入到扰动模块中的扰动序列中的第m个扰动值。
[0027]进一步优选地，上述无退化混沌序列产生方法生成的无退化混沌序列由其多个迭代下的混沌值构成。
[0028]进一步优选地，相邻两次扰动之间的扰动间隔由指定迭代次数决定；
[0029]指定迭代次数为某一预设固定值，或者为随扰动次数动态变化的非负整数值；
[0030]当指定迭代次数为随扰动次数动态变化的非负整数值时，每扰动一次，指定下一次扰动与当前扰动之间的迭代次数，作为当前的指定迭代次数。
[0031]进一步优选地，离散混沌系统通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有限精度下的无退化混沌序列产生系统，其特征在于，包括：扰动序列生成模块、扰动模块和离散混沌系统；所述扰动序列生成模块用于在接收到开始指令后，开始生成无周期序列作为扰动序列，并从所述无退化混沌序列产生系统第一次迭代开始，每隔指定迭代次数，将所述扰动序列中的扰动值依次输出至所述扰动模块中；所述扰动模块用于在接收到开始指令后，所述无退化混沌序列产生系统开始第一次迭代，并接收外部输入的混沌初值作为第一次迭代下的系统状态变量；且在每一次迭代下：当接收到所述扰动序列生成模块输入的扰动值时，采用当前输入的扰动值对当前迭代下的系统状态变量进行扰动，得到当前迭代下的中间状态变量，并输出至所述离散混沌系统；当未接收到所述扰动序列生成模块输入的扰动值时，直接将当前迭代下的系统状态变量作为当前迭代下的中间状态变量输出至所述离散混沌系统；所述离散混沌系统用于在每一次迭代下，采用其迭代映射函数对当前迭代下的中间状态变量进行混沌映射，得到当前迭代下的混沌值进行输出，同时将当前迭代下的混沌值作为下一次迭代下的系统状态变量，反馈至所述扰动模块中。2.根据权利要求1所述的无退化混沌序列产生系统，其特征在于，当在第n次迭代下存在扰动时，所述无退化混沌序列产生系统在第n+1次迭代下的系统状态变量f
DC
(f
P
(x(n)，S(m))，μ)；当在第n次迭代下不存在扰动时，所述无退化混沌序列产生系统在第n+1次迭代下的系统状态变量x(n+1)＝f
DC
(x(n)，μ)；其中，f
DC
(
·
)为所述离散混沌系统的迭代映射函数；μ为所述离散混沌系统的参数；f
P
(x(n)，S(m))为第n次迭代下的中间状态变量，具体为采用扰动值S(m)对第n次迭代下的系统状态变量x(n)进行扰动操作后的结果；扰动值S(m)为第n次迭代下输入到所述扰动模块中的所述扰动序列中的第m个扰动值；所述无退化混沌序列产生系统生成的无退化混沌序列由其多个迭代下的混沌值构成。3.根据权利要求1或2所述的无退化混沌序列产生系统，其特征在于，相邻两次扰动之间的扰动间隔由所述指定迭代次数决定；所述指定迭代次数为某一预设固定值，或者为随扰动次数动态变化的非负整数值；当所述指定迭代次数为随扰动次数动态变化的非负整数值时，每扰动一次，指定下一次扰动与当前扰动之间的迭代次数，作为当前的所述指定迭代次数。4.根据权利要求1或2所述的无退化混沌序列产生系统，其特征在于，所述离散混沌系统通过对连续混沌系统进行离散化得到。5.权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊，钱忆宁，王晨宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：