基于FPGA的混沌信号保密通信平台的设计

一、项目的简要介绍

混沌是当今世界的前沿课题，它揭示了自然界和人类社会中普遍存在的复杂性：有序与无序的统一，确定性与概率性的统一，大大开拓了人们的视野，加深了对客观世界的认识。混沌的发现，乃是继二十世纪相对论与量子力学之后的第三次物理学大革命，这场革命正在冲击和改变着几乎所有的科学和技术领域，向我们提出了巨大的挑战。

混沌在最近20年中得到了广泛的应用，几乎涉及到自然科学和社会科学的各个领域。混沌的应用可分为混沌分析与混沌综合。混沌分析对由复杂的人工和自然系统中获得的混沌信号进行分析并寻找混沌现象背后的确定性规则，如混沌时间序列的预测等；混沌综合则利用人工产生的混沌从混沌动力系统获得可能的功能，如人工神经网络的联想记忆功能等。

本项目基于FPGA技术进行混沌信号保密通信平台的设计。重点在于通信平台的硬件电路设计，在软件上采取VHDL硬件描述语言对每一部分的功能进行模块化设计，最后给出通信保密平台的仿真验证结果。

二、项目的内容

1、立项依据：

1.1国内外研究现状

九十年代以来的混沌控制与同步理论技术的突破性长足进展，使得混沌理论应用于通信系统成为可能——混沌同步通信。1990年，美国科学家首先从理论上提出混沌控制的方法，后来简称为OGY法，同年从实验上验证了该法的可行性和有效性。继驱动—响应式同步之后，人们又相继提出了若干种混沌同步的新方法，如祸合同步、误差反馈同步、脉冲同步、键波采样式同步等。这些同步方法在保密通信领域中展现出广阔的应用前景。按照通信理论，通信系统首先应当是一个随机系统，因为对于一个确定性系统来说，它不能获取任何有用的新的信息，即信息嫡等于零，从而通信也就失去了意义。再者，在通信系统中，会受到各种噪声（如高斯白噪声等）的影响，它们也表现为一种随机性。混沌同步通信的基本原理是:利用混沌控制与同步技术对收发两端的混沌振荡器（如Lorenz电路，以下简称混振）实现同步。发端混振对信息进行调制与扩频。由于混振产生的信号是混沌信号，它对信息进行调制后的调制信号是随机的。利用收端混沌对调制信号进行解调。因为收发混振实现了同步，即它们之间的状态是相对稳定的，这体现出一种确定性。收发混振实现同步后它们之间的相位关系又是相对确定的，这也是一种确定性。因此，整个混沌同步通信系统是一个确定性与随机性共存的统一体。混沌同步通信理论与技术是目前在国内外具有重大应用前景的前沿学科，正在起步与发展之中。混沌同步通信具有许多传统模拟和数字通信所无法比拟的优点，如保密性强，抗多径干扰能力强，具有较理想的自相关特性和互相关特性，并且混沌信号对初始条件具有高度敏感性。利用这些特性可实现基本不受限制的大容量多址通信技术。混沌同步通信是二十一世纪通信技术发展的一个重要方向之一。国际上一些知名学者在这方面发表了许多研究论文。目前国内在混沌同步通信理论研究、仿真分析和实验研究等方面也取得了一些进展。

1.2需解决的问题及发展趋势

1.需解决的问题

混沌保密通信还有一些重要问题或值得研究的方向，主要包括如下方面 ：

1）、混沌密码算法及其攻击性研究。混沌密码学中加密算法决定着加密技术水平，任何新的混沌加密算法都是混沌保密通信中提高保密性，抵御截获和破解有效手段。反之，新混沌加密算法的抗攻击性研究也是伴随加密算法先进性和保密性研究而行的，也是检验新混沌算法实用性的主要依据。

2）、混沌同步数字通信技术，需要尽可能解决精确时钟和立即同步问题。数字混沌保密通信研究近几年成为热点，主要是由于其现代通信数字化要求的迅速发展，数字通信也能较好解决因通信信道恶劣、干扰等造成了通信质量下降问题。其中之一就是通过计算机或微处理器等产生各类混沌信号用于保密通信。但不同混沌产生平台的时钟精度、数值精度和快速同步问题还有待进一步解决。

3）、多用户通信与多路传播技术问题。保密通信中实现多用户通信和解决

多路传播技术也是现代混沌保密通信中需要解决的问题。虽然有一些文献及研究中取得了一定成果，但在多用户同步和传输多播上还有一些问题需要解决 。

4）、利用混沌的无线数字通信问题。

5）、混沌广义同步通信技术的研究与应用。

6）、实际混沌通信应用中提出的其他关键技术。

2.发展趋势

混沌通信与混沌保密通信技术是一种新兴的保密通信技术（仍处于理论研究阶段）。通信理论表明通信过程主要包括号的发送，传输和接收三个阶段，所有的通信技术都要解决这三个阶段相应的