一种结构可变的耦合混沌系统及其应用技术方案

本发明专利技术公开了一种结构可变的耦合混沌系统及其应用，属于信息安全技术领域；耦合混沌系统由多个离散混沌系统耦合形成，在系统演化过程中，通过对耦合矩阵进行操作变换，使不同子系统间的耦合结构实时动态改变。耦合形成的系统具有复杂的动力学行为和高非线性，而结构的动态变化会使系统的动力学不断发生突变，从而产生非平稳混沌序列，能够抵抗统计分析、代数分析等攻击，具有极高的安全性。此外该系统还能够适用各种混沌系统和任意规模的复杂混沌网络，基于简单的离散混沌系统也能产生复杂动力学，而在同等复杂性、安全性等需求下控制结构变化使得开销更小，可以用来设计高性能混沌密码系统，也可用于网络安全应用中的组成部件。件。件。

【技术实现步骤摘要】
一种结构可变的耦合混沌系统及其应用


[0001]本专利技术属于信息安全
，更具体地，涉及一种结构可变的耦合混沌系统及其应用。

技术介绍

[0002]混沌密码是一种新型密码技术，有简单、高效、安全等特点。混沌密码技术是混沌理论及其技术的一个重要的应用领域。
[0003]现有的混沌系统结构单一，缺乏变化，难以抵抗统计分析和数学分析。而目前常用的参数变化方法对系统动力学影响缓慢，容易受到基于时间序列的参数辨识攻击。此外，混沌系统在有限精度器件上实现时，容易发生混沌系统的退化，从而出现短周期、低线性复杂度、强相关等特性退化现象，导致混沌系统存在固有的安全隐患。常用的克服混沌退化的方法为了保证系统的安全性，通常大幅增加混沌系统的实现难度和资源开销。
[0004]因此，如何利用较为简单的混沌函数，在资源有限的条件下生成具有复杂动力学行为的混沌系统以保证混沌加密的安全性是目前函待解决的问题。

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结构可变的耦合混沌系统及其应用，其目的在于，构造在任意规模的安全混沌系统，在满足密码学的安全性需求的同时降低实现难度和资源开销。
[0006]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种结构可变的耦合混沌系统，包括：耦合模块和n个离散混沌系统；n≥2；
[0007]耦合模块用于在接收到开始指令后，开始第一次迭代，将输入的初始系统状态变量作为耦合混沌系统第一次迭代下的系统状态变量，并将其中的n个状态值一一对应输入至n个离散混沌系统中；
[0008]离散混沌系统用于在接收到状态值输入后，进行混沌映射生成对应的离散混沌值，并输出至耦合模块中；
[0009]耦合模块还用于在每一次迭代下，当获取到n个离散混沌系统生成的离散混沌值后，分别对每一个离散混沌值进行耦合混沌映射，得到当前迭代下的一组耦合混沌值进行输出，同时将该组耦合混沌值作为耦合混沌系统下一次迭代下的系统状态变量，并将其中的n个状态值一一对应输入至n个离散混沌系统进行下一次迭代；
[0010]其中，第k次迭代下对第i个离散混沌值进行耦合混沌映射所得的第i个耦合混沌值为：
[0011][0012]为第k次迭代下的第i个离散混沌值；f
i
(
·
)为第i个离散混沌系统的混沌映射函数；为耦合混沌系统第k次迭代下的系统状态变量的第i个状态值；耦合矩阵A
k
为第k
次迭代下随机生成的n
×
n大小的0
‑
1矩阵；为耦合混沌系统第k次迭代下的系统状态变量。
[0013]进一步优选地，第k次迭代下对第i个离散混沌值进行耦合混沌映射所得的第i个耦合混沌值为：
[0014][0015]其中，λ
k
为第k次迭代下随机生成的耦合系数。
[0016]进一步优选地，上述耦合模块在通过耦合混沌映射得到耦合混沌值后，还将所得的耦合混沌值限制在离散混沌系统的吸引域内；
[0017]其中，限制在所述离散混沌系统的吸引域内的第i个耦合混沌值其中，mod为取余运算符；第i个所述离散混沌系统的吸引域为α
i
。
[0018]进一步优选地，耦合矩阵A
k
中任一元素的生成方式为：随机选取矩阵M
k
的第r行第c列元素作为A
k
中的任一元素；
[0019]其中，矩阵M
k
为第k次迭代下随机生成的s
×
t大小的0
‑
1矩阵，其获取方式为：在第k次迭代下，通过对初始矩阵M0随机进行矩阵自运算得到；初始矩阵M0为s
×
t大小的0
‑
1矩阵，由耦合混沌系统随机生成后固定不变。
[0020]进一步优选地，上述耦合模块还用于在收到结束指令后，停止迭代。
[0021]第二方面，本专利技术提供了一种耦合混沌序列生成控制方法，应用于本专利技术第一方面所提供的结构可变的耦合混沌系统中的耦合模块，包括：
[0022]在接收到开始指令后，开始第一次迭代，将输入的初始系统状态变量作为耦合混沌系统第一次迭代下的系统状态变量，并将其中的n个状态值一一对应输入至n个离散混沌系统中；
[0023]在每一次迭代下，当获取到n个离散混沌系统生成的离散混沌值后，分别对每一个离散混沌值进行耦合混沌映射，得到当前迭代下的一组耦合混沌值进行输出，同时将该组耦合混沌值作为耦合混沌系统下一次迭代下的系统状态变量，并将其中的n个状态值一一对应输入至n个离散混沌系统进行下一次迭代；
[0024]其中，离散混沌系统在接收到状态值输入后，进行混沌映射生成对应的离散混沌值；
[0025]第k次迭代下对第i个离散混沌值进行耦合混沌映射所得的第i个耦合混沌值为：
[0026][0027]为第k次迭代下的第i个离散混沌值；f
i
(
·
)为第i个离散混沌系统的混沌映射函数；为耦合混沌系统第k次迭代下的系统状态变量的第i个状态值；耦合矩阵A
k
为第k次迭代下随机生成的n
×
n大小的0
‑
1矩阵；为耦合混沌系统第k次迭代下的系统状态变量。
[0028]第三方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行本专利技术第二方面所提供的耦合混沌序列生成控制方法。
[0029]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0030]1、本专利技术提供了一种结构可变的耦合混沌系统，由多个离散混沌系统耦合形成。在系统演化过程中，通过对耦合矩阵进行操作变换，使不同子离散混沌系统间的耦合结构实时动态改变；耦合形成的系统具有复杂的动力学行为和高非线性，而结构的动态变化会使系统的动力学不断发生突变，从而产生非平稳混沌序列，能够抵抗统计分析、代数分析等攻击，具有极高的安全性，并且基于简单的离散混沌系统也能产生复杂动力学，能够在同等复杂性、安全性等需求下控制结构变化使得开销更小。
[0031]2、本专利技术所提供的结构可变的耦合混沌系统，在两个或多个原始的离散混沌系统的基础上，基于系统状态构建不断改变的系统结构，并增加到原始的离散混沌系统中，最终得到一个更高维的变结构混沌系统，通过结构变换能够综合多个混沌系统的性能，并极大增加系统的混沌性，使最终得到的混沌系统复杂性更高、混沌性更强，在较低的实现难度和资源开销下，有效提升了混沌系统的混沌性能和安全性。总体而言，本专利技术所提供的变结构混沌系统，混沌性能较高、安全性能较好，能够应用于密码学，在满足一定的安全性需求的同时降低实现难度和资源开销。
[0032]3、本专利技术所提供的结构可变的耦合混沌系统，通过上一次迭代的系统状态控制本次迭代中的系统结构，系统结构会随着系统自身状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构可变的耦合混沌系统，其特征在于，包括：耦合模块和n个离散混沌系统；n≥2；所述耦合模块用于在接收到开始指令后，开始第一次迭代，将输入的初始系统状态变量作为所述耦合混沌系统第一次迭代下的系统状态变量，并将其中的n个状态值一一对应输入至n个所述离散混沌系统中；所述离散混沌系统用于在接收到状态值输入后，进行混沌映射生成对应的离散混沌值，并输出至所述耦合模块中；所述耦合模块还用于在每一次迭代下，当获取到n个所述离散混沌系统生成的离散混沌值后，分别对每一个离散混沌值进行耦合混沌映射，得到当前迭代下的一组耦合混沌值进行输出，同时将该组耦合混沌值作为所述耦合混沌系统下一次迭代下的系统状态变量，并将其中的n个状态值一一对应输入至n个所述离散混沌系统进行下一次迭代；其中，第k次迭代下对第i个离散混沌值进行耦合混沌映射所得的第i个耦合混沌值为：第k次迭代下对第i个离散混沌值进行耦合混沌映射所得的第i个耦合混沌值为：为第k次迭代下的第i个离散混沌值；f
i
(
·
)为第i个所述离散混沌系统的混沌映射函数；为所述耦合混沌系统第k次迭代下的系统状态变量的第i个状态值；耦合矩阵A
k
为第k次迭代下随机生成的n
×
n大小的0
‑
1矩阵；为所述耦合混沌系统第k次迭代下的系统状态变量。2.根据权利要求1所述的结构可变的耦合混沌系统，其特征在于，第k次迭代下对第i个离散混沌值进行耦合混沌映射所得的第i个耦合混沌值为：其中，λ
k
为第k次迭代下随机生成的耦合系数。3.根据权利要求1或2所述的结构可变的耦合混沌系统，其特征在于，所述耦合模块在通过耦合混沌映射得到耦合混沌值后，还将所得的耦合混沌值限制在所述离散混沌系统的吸引域内；其中，限制在所述离散混沌系统的吸引域内的第i个耦合混沌值限制在所述离散混沌系统的吸引域内的第i个耦合混沌值其中，mod为取余运算符；第i个所述离散混沌系统的吸引域为α
i
。4.根据权利要求1所述的结构可变的耦合混沌系统，其特征在于，所述耦合矩阵A
k
中任一元素的生成方式为：随机选取矩阵M
k
的第r...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊，王晨宇，钱忆宁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：