新型混沌电路与系统的设计原理及其应用
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作者禹思敏 著
出版社科学出版社
ISBN9787030592163
出版时间2018-11
装帧平装
开本16开
定价258元
货号1202821801
上书时间2024-12-27
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目录
前言
第1章混沌的基本概念1
1.1混沌的基本特征1
1.1动力系统的基本概念1
1.2发现混沌之前人们对动力系统的认识3
1.1.3混沌的基本性质4
1.2基于反控制的“全局有界+正李氏指数”混沌的生成方法11
1.2.1基于反控制的无简并高维连续时间超混沌系统的设计13
1.2.2基于反控制的无简并高维离散时间超混沌系统的设计14
1.3混沌的基本定义15
1.3.1LiYorke混沌定义15
1.3.2Devaney混沌定义18
1.3.3有关混沌定义的几点说明19
1.4通向混沌的道路20
1.4.1倍周期分岔道路20
1.4.2阵发混沌道路21
1.5混沌动力系统的分类与表示方法22
1.5.1}昆沌动力系统的分类22
1.5.2相图、分岔图和迭代图23
1.5.3自治系统与非自治系统26
1.5.4保守系统与耗散系统27
1.6拓扑共轭28
1.6.1拓扑共轭的基本概念28
1.6.2招扑共轭的意义31
1.7符号动力系统、帐篷映射、马蹄映射与Henon映射31
1.7.1符号动力系统31
1.7.2帐篷映射35
1.7.3马蹄映射35
1.7.4Henon映射43
1.8Shilnikov定理与Melnikov方法46
1.8.1Shilnikov定理46
1.8.2Shilnikov定理在切换系统中的应用48
1.8.3Melnikov方法52
1.9动力系统的定性分析方法55
1.9.1平衡点55
1.9.2同宿轨道和异宿环63
1.9.3解的唯性问题讨论69
1.10回归排斥子和Marotto定理70
1.10.1回归排斥子70
1.10.2Marotto定理71
第2章李氏指数的数值计算方法与应用79
2.1离散时间混沌系统李氏指数数值计算的几个定义79
2.2基于QR正交分解的离散时间混沌系统李氏指数数值计算方法81
2.3基于SVD正交分解的离散时间混沌系统李氏指数数值计算方法83
2.4离散时间混沌系统李氏指数数值计算的几个应用实例84
2.4.1Henon映射84
2.4.2基于ChenLai算法的4维离散时间混沌系统86
2.4.3基于WangChen算法的9维离散时间}昆沌系统87
2.5连缤时间混沌系统李氏指数数值计算的相关定义和QR正交分解算法89
2.6李氏指数与特征根之间定性关系的分析和讨论96
2.7高维连续时间系统反控制的李氏指数计算实例98
2.7.16维线性系统反控制的李氏指数计算98
2.7.29维线性系统反控制的李氏指数计算101
第3章离散时间混沌系统104
3.1矩阵范数104
3.1.1矩阵范数的定义104
3.1.2矩阵范数与谱半径的关系105
3.2网盘定理与几个引理和推论105
3.2.1网盘定理105
3.2.2几个引理和推论107
3.3离散时间系统的混沌判据110
3.4ChenLai算法110
3.4.1ChenLai算法的表述110
3.4.2基于ChenLai算法的1维线性离散时间系统的混沌化111
3.4.3基于ChenLai算法的挖维线性离散时间系统的混沌化112
3.4.4基于ChenLai算法的1维非线性离散时间系统的混沌化113
3.4.5基于ChenLai算法的，z维非线性离散时间系统的混沌化115
3.5ChenLai算法的推广形式117
3.5.1模函数为正弦函数的1维线性受控系统117
3.5.2模函数为正弦函数的H维线性受控系统118
3.5.3模函数为锯齿波函数的1维线性受控系统123
3.5.4模函数为锯齿波函数的H维线性受控系统124
3.6ChenLai算法总结127
3.7WangChen算法128
3.7.1WangChen算法的表述128
3.7.2基于WangChen算法的1维非线性离散时间系统的混沌化129
3.7.3基于WangChen算法的，z维非线性离散时间系统的混沌化130
3.7.4墓于WangChen算法的1维线性离散时间系统的混沌化131
3.7.5基于WangChen算法的，z维线性离散时间系统的混沌化132
3.8WangChen算法的推广形式133
3.9WangChen算法总结136
3.10两个应用实例137
第4章具有多个正李氏指数的连续时间超混沌系统139
4.1问题的提出139
4.2超混沌系统设计的种新方法141
4.3几个典型的超混沌系统设计实例145
4.3.1具有2个正李氏指数的4维超混沌系统145
4.3.2具有3个正李氏指数的5维超混沌系统147
4.3.3具有4个正李氏指数的6维超混沌系统149
4.3.4具有5个正李氏指数的7维超混沌系统152
4.4超混沌系统的电路设计与实现155
第5章耗散系统与保守系统中的无简并高维连续时间超混沌系统159
5.1问题的提出159
5.2玎维标称系统的设计161
5.3船维耗散与保守超混沌系统的设计163
5.3.1，z维受控系统的设计163
5.3.2平衡点与雅可比矩阵166
5.3.3基于单参数控制的耗散系统与保守系统的统模型167
5.4几个实例167
5.4.1具有8个正李氏指数的10维耗散超混沌系统167
5.4.2具有9个正李氏指数的11维耗散超混沌系统171
5.4.3具有8个正李氏指数的10维保守超混沌系统174
5.4.4具有9个正李氏指数的11维保守超混沌系统177
第6章无简并高维连续时间超混沌系统的平均特征值准则181
6.1问题的提出181
6.2简并问题的描述183
6.3构造无简并高维超混沌系统的平均特征值准则与步骤186
6.3.1几个相关的引理186
6.3.2基于对称正定矩阵的李氏指数计算公式189
6.3.3李氏指数与平均特征值之间的关系190
6.3.4构造无简并高维超}昆沌系统的平均特征值准则192
6.3.5无简并高维超混沌系统的设计步骤和参数选取算法195
6.4两个典型设计实例202
6.4.1设计具有23个正李氏指数的无简并25维超}昆沌系统203
6.4.2谩计具有24个正李氏指数的无简并26维超}昆沌系统204
第7章具有多控制器的无简并高维连续时间超混沌系统207
7.1具有多控制器的无简并高维超混沌系统设计与平衡点分析207
7.1.1无简并高维超混沌系统的结构设计207
7.1.2无简并高维超混沌系统的平衡点分析209
7.2具有多控制器的无简并高维超混沌系统的设计准则与步骤211
7.2.1无简并高维超混沌系统的分析211
7.2.2具有多控制器的无简并高维超混沌系统设计准则213
7.2.3具有多控制器的无简并高维超混沌系统的设计步骤214
7.3两个典型的设计实例215
7.3.1具有4控制器的无简并12维超混沌系统215
7.3.2具有3控制器的无简并13维超混沌系统217
第8章可配置任意多个正李氏指数的连续时间超混沌系统219
8.1问题的提出219
8.2基于参数控制的咒维耗散和保守超混沌系统的统模型220
8.2.1统模型的提出220
8.2.2耗散系统和保守系统222
8.3动力学分析223
8.3.1H维耗散超}昆沌系统的情况223
8.3.2H维保守超混沌系统的情况228
8.3.3耗散系统和保守系统平衡点和特征值分布的主要差异230
8.3.4正李氏指数个数与方程维数的关系230
8.4几个实例233
8.4.118维耗散超混沌系统233
8.4.221维耗散超混沌系统235
8.4.321维保守超混沌系统236
第9章单个随机位迭代更新的1维整数域混沌系统239
9.1基于单个随机位迭代更新的1维整数域混沌系统的基本概念239
9.2基于单个随机位迭代更新的1维整数域混沌迭代方程及其混沌存在性证明241
9.2.1度量空间(X，d)中映射G，：x专X的数学表达式241
9.2.2基于单个随机位迭代更新的1维整数域混沌迭代方程的一般形式242
9.2.3度量空间(X，d)中距离的定义242
9.2.4单边无穷随机整数序列中盯：sjs的连续性244
9.2.5Devaney混沌定义245
9.2.6周朝点稠密的证明245
9.2.7拓扑传递性的证明246
9.2.8迭代的输入与输出的关系248
9.3基于单个随机位迭代更新的1维整数域混沌电路设计与硬件实现250
9.3.1均匀噪声信号生成电路250
9.3.2噪声电平转换电路250
9.3.3采样保持电路251
9.3.4译码电路251
9.3.5迭代方程的电路253
9.3.6D/A转换电路254
9.3.7总电路设计与实现255
第10章多个随机位迭代更新的1维整数域混沌系统257
10.1具有多个随机位迭代更新的1维整数域混沌系统的基本概念257
10.2迭代图及其连通性259
10.2.1Ⅳ=3时的迭代图及其连通性260
10.2.2Ⅳ=4时的迭代图及其连通性261
10.3强连通情况下混沌存在性的证明263
10.4具有多个随机位迭代更新的整数域混沌系统的统计特性265
10.5硬件设计与实现267
10.5.1电路设计267
10.5.2FPGA设计与硬件实现268
第11章高维整数域和数字域混沌系统270
11.I高维整数域和数字域混沌系统中距离的定义与证明270
11.1.1距离的基本性质270
11.1.2向量范数及其三角不等式270
11.1.3高维整数域和数字域混沌系统中距离的定义272
11.1.4高维整数域和数字域混沌系统中距离的证明272
11.2高维整数域和数字域混沌系统的特点与定义274
11.2.1基本概念274
11.2.21维整数域的情况276
11.2.31维数字域的情况277
11.2.4m维整数域的情况278
11.2.5优维数字域的情况280
11.3m维数字域混沌系统的描述282
11.3.1度量空间282
11.3.2高维整数域和数字域混沌系统的迭代方程283
11.3.3度量空间中的距离284
11.4实数域、整数域和数字域混沌系统的性能比较285
11.5数字域混沌系统状态空间的网络分析287
11.6m维整数域混沌系统的混沌存在性证明289
11.6.1周期点稠密的证明290
11.6.2拓扑传递性的证明292
11.7m维整数域混沌系统的李氏指数计算公式294
11.7.1迭代值和随机序列的十进制表示294
11.7.2agcyl，y2，，Y)layk的数学表达式297
11.7.3李氏指数的计算公式298
11.7.4讨论299
11.8高维整数域混沌系统的FPGA实现及其在图像保密通信中的应用301
11.8.13维整数域混沌系统的FPGA实现301
11.8.2基于3维整数域混沌系统图像保密通信系统的FPGA设计与实现303
第12章定点算法和状态机控制的通用FPGA混沌信号发生器305
12.1问题的提出305
12.2FPGA技术与开发平台介绍306
12.2.1FPGA简介306
12.2.2FPGA的应用307
12.2.3FPGA的开发流程309
12.2.4FPGA开发T具310
12.2.5VirtexIIPro硬件开发平台312
12.3连续时间混沌系统的VerilogHDL定点算法设计315
12.4基于VerilogHDL定点算法的状态分配与状态机控制方法317
12.5网格9涡卷Chua系统的VerilogHDL定点算法设计318
12.6网格9涡卷Chua系统的FPGA硬件实现320
12.7离散时间混沌系统的VerilogHDL定点算法设计322
12.86维离散时间混沌系统的FPGA硬件实现325
第13章视频混沌保密通信系统的设计与FPGA实现329
13.1问题的提出329
13.2离散时间混沌系统的设计330
13.2.1高散时间实数域混沌系统330
13.2.2离散时间整数域混沌系统334
13.3视频混沌保密通信系统的设计原理与硬件实现340
13.3.1视频}昆沌保密通信系统的设计原理340
13.3.2视频采集系统设计347
13.4发送端和接收端硬件系统的工作流程354
13.5系统的时序验证356
13.6FPGA硬件实现356
13.7安全性能分析358
13.7.1统计分析358
13.7.2差分分析359
13.7.3NIST测试361
13.7.4TestUOI测试363
13.7.5有效密钥失配的雪崩效应372
13.7.6密码分析的四种基本方法与安全性能的改进措施374
第14章广域网传输实时远程视频混沌保密通信与ARM实现381
14.1广域网的TCP和UDP传输原理381
14.2基于TCP的地址端口映射383
14.2.1路由器的设置383
14.2.2基于TCP的地址端口映射原理385
14.3视频格式及其转换390
14.4n维混沌映射的构造及其基本性质394
14.4.1n维混沌映射的构造394
14.4.2基本性质397
14.5像素位置置乱加密和解密算法398
14.5.1算法的工作原理398
14.5.2视频加密算法401
14.5.3视频解密算法402
14.5.4密钥空间的大小402
14.6像素值的混沌序列密码加密和解密算法403
14.6.18维离散时间混沌系统的设计403
14.6.2混沌序列密码算法设计404
14.7基于ARM平台的视频混沌保密通信系统设计409
14.8视频混沌保密通信的ARM硬件实现412
第15章多核多进程与H.264选择性加密的视频混沌保密通信414
15.1H.264视频压缩编码技术414
15.1.1H.264的编解码框架414
15.1.2H.264的关键编码技术～416
15.2H.264编解码器的工作原理418
15.2.1H.264编解码器的工作原理描述418
15.2.2H.264编解码器的工作过程描述419
15.2.3当前帧为第1帧的情况421
15.2.4当前帧为第2帧的情况421
15.2.5帧内预测的四种模式421
15.3基于非线性标称矩阵的6维离散时间超混沌系统的设计423
15.4H.264选择性加密与解密算法426
15.4.1H.264选择性加密对象的选择426
15.4.2基于软件编码库的H.264选择性加密和解密算法427
15.4.3发送端的H.264选择性加密算法427
15.4.4接收端的H.264选择性解密算法432
15.4.5H.264选择性加密和解密算法对视频文件的测试436
15.5视频混沌保密通信系统的设计437
15.5.1软硬件开发平台介绍437
15.5.2Linux操作系统的多线程及多进程处理模式438
15.5.3视频混沌保密通信系统的软件整体设计方案441
15.6ARM嵌入式平台上的硬件实现445
15.6.1通信系统硬件结构及开发环境的构建445
15.6.2广域网远程传输实验446
15.7安全性分析与测试449
15.7.1相关性分析449
15.7.2TestUOI统计测试449
15.7.3密钥失配灵敏度450
15.7.4破泽密钥参数的复杂度451
第16章多核多线程与H264编码后加密的视频混沌保密通信452
16.1H.264硬件和软件编解码的视频混沌保密通信方案概述452
16.2三种加密方案耗时和传输帧率的测试及分析455
16.3方案3的具体设计459
16.3.1总体设计方案459
16.3.2混沌流密码的设计及其H.264的数据格式保护461
16.3.3位置置乱混沌加密的设计及其白适应内存选择463
16.4混沌沆密码的设计464
16.4.1基于非线性矩阵的正李氏指数无简并的离散时间混沌系统设计464
16.4.2混沌流密码及其工作原理467
16.5硬件实验470
第17章视频混沌保密通信的手机实现472
17.12维双尺度和高维多尺度混沌映射及其算法472
17.1.12维双尺度混沌映射及其算法472
17.1.2高维多尺度混沌映射及其算法475
17.2基于MJPGSteamer和ARM平台的视频混沌加密算法476
17.3基于AndroidAPP和智能手机的视频混沌解密算法479
17.4广域网传输的实时远程视频混沌保密通信的手机实现480
第18章组播多用户和广域网传输的语音混沌保密通信482
18.1问题的提出482
18.2组播多用户WiFi通信系统483
18.2.1组播多用户的工作原理483
18.2.2组播多用户WiFi通信系统的设计484
18.3语音数据的获取与压缩486
18.4语音压缩数据大小和位置的置乱与反置乱设计488
18.4.1n维混沌映射系统的构造488
18.4.2基于lbit数据位置置乱的语音压缩数据大小的加密和解密490
18.4.38bit语音压缩数据位置的置乱和反置乱493
18.5语音压缩数据的多轮流密码加密和解密495
18.5.1正李氏指数无简并离散时间}昆沌系统的设计495
18.5.2多轮流密码加密与解密的设计原理497
18.6基于组播多用户的语音混沌保密通信系统设计与硬件实现500
18.7安全性分析504
18.7.1NIST测试结果504
18.7.2统计分析506
18.7.3差分分析506
18.7.4密钥参数失配的敏感度508
18.7.5密钥空间的大小511
第19章高维混沌映射单向Hash函数513
19.1公钥密码体制、数字签名和Hash函数的基本概念513
19.1.1公钥密码体制的基本概念513
19.1.2数字签召的基本概念513
19.1.3Hash函数的基本概念514
19.2基于常参数和变参数标称矩阵的8维离散时间超混沌系统的设计515
19.3用明文消息块控制的8维混沌映射构造单向Hash函数518
19.3，1明文消息的扩展方法518
19.3.2单向Hash函数的构造519
19.4安全分析521
19.4.1Hash函数值的分布情况521
19.4.2对明文、初始值和密钥的敏感性521
19.4.3混淆与扩散525
19.4.4碰撞分析526
参考文献529
内容摘要
本书详细论述了新型混沌电路与系统的设计原理及其在多媒体混沌保密通信中的应用与技术实现，共19章。其中，第1～3章介绍混沌的基本概念、李氏指数的数值计算方法与应用、离散时间混沌系统。第4～8章介绍高维连续时间超混沌系统的设计，包括具有多个正李氏指数的连续时间超混沌系统、耗散系统与保守系统中的无简并高维连续时间超混沌系统、无简并高维连续时间超混沌系统的平均特征值准则、具有多控制器的无简并高维连续时间超混沌系统、可配置任意多个正李氏指数的连续时间超混沌系统。第9～11章介绍整数域和数字域混沌系统，包括单个随机位迭代更新的1维整数域混沌系统、多个随机位迭代更新的1维整数域混沌系统、高维整数域和数字域混沌系统。第12～19章介绍新型混沌电路与系统在多媒体混沌保密通信中的应用，包括定点算法和状态机控制的通用FPGA混沌信号发生器、视频混沌保密通信系统的设计与FPGA实现、广域网传输实时远程视频混沌保密通信与ARM实现、多核多进程与H.264选择性加密的视频混沌保密通信、多核多线程与H.264编码后加密的视频混沌保密通信、视频混沌保密通信的手机实现、组播多用户和广域网传输的语音混沌保密通信、高维混沌映射单向Hash函数。
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