混沌及其信息安全應用

孫克輝，教授，博導。中南大學物理與電子學院院長。
獲校首屆師德先進個人，省優秀碩士學位論文指導教師，寶鋼優秀教師獎。
已發表學術論文近200篇。
主要從事混沌理論與應用方面的研究。

目錄
第1章緒論
1.1線性、非線性與混沌
1.2混沌研究歷程
1.3混沌發展中的重要人物與趣事
1.4混沌的定義與特徵
1.5混沌同步方法研究綜述
1.5.1現有混沌同步方法及其特點
1.5.2其他同步方法與問題
1.6混沌在信息安全中的應用研究綜述
1.6.1混沌模擬通信
1.6.2混沌數字通信
1.6.3基於混沌序列的加密通信
1.7混沌研究方法與主要研究內容
思考題
參考文獻

第2章非線性系統的混沌特性分析方法
2.1相軌線(相圖)分析法
2.2自功率譜分析法
2.3Poincaré截面法
2.4Lyapunov特徵指數法
2.4.1Lyapunov指數的定義
2.4.2Lyapunov指數譜
2.4.3Lyapunov指數的物理意義
2.4.4條件Lyapunov指數
2.5分數維分析法
2.601測試法
2.6.101測試算法
2.6.2改進的01測試算法
2.6.301測試法應用
2.7分頻採樣法
2.8贗相空間法
2.9復雜度測度法
2.9.1譜熵復雜度算法
2.9.2C0復雜度算法
2.9.3排列熵算法
2.9.4網絡排列熵算法
2.10SALI算法
思考題
參考文獻

第3章典型混沌動力學系統
3.1離散混沌映射系統
3.1.1Logistic映射
3.1.2Tent映射
3.1.3Hénon映射
3.1.4TDERCS映射
3.2連續混沌系統
3.2.1Duffing振子
3.2.2van der Pol振子
3.2.3Lorenz系統
3.2.4Rssler系統
3.2.5蔡氏電路
3.2.6Chen系統
3.2.7Lü系統
3.2.8統一混沌系統
3.2.9簡化Lorenz系統
3.2.10新混沌系統的建議標準
3.3超混沌系統
3.3.1Rssler超混沌系統
3.3.2Chen超混沌系統
3.3.3折疊毛巾超混沌映射
3.3.42DSIMM超混沌映射
思考題
參考文獻

第4章混沌系統的同步原理與方法
4.1混沌同步定義
4.2混沌同步系統的性能指標
4.3反饋同步控制原理與性能
4.3.1連續混沌系統的多變量驅動反饋同步
4.3.2離散混沌系統的線性和非線性反饋同步
4.4基於PecoraCarroll同步判據的參數自適應同步
4.4.1自適應同步原理
4.4.2控制律與控制參數的選擇
4.4.3控制常數邊界與範圍的確定
4.4.4系統模擬與結果討論
4.5基於Lyapunov穩定性理論的自適應同步
4.5.1確定參數的自適應同步
4.5.2不確定參數的自適應同步
4.6間歇反饋同步
4.6.1不同系統間的間歇同步
4.6.2同步模擬與性能分析
4.7基於狀態觀測器方法的混沌同步
4.7.1狀態觀測器設計原理
4.7.2統一混沌系統的狀態觀測器設計
4.7.3模擬與結果討論
4.8混沌觀測器同步
4.8.1混沌觀測器設計原理
4.8.2統一混沌系統的混沌觀測器設計
4.8.3同步模擬與性能分析
4.9投影同步
4.9.1比例投影同步原理與模擬
4.9.2函數投影同步原理與模擬
4.9.3自適應函數投影同步與模擬
4.10分數階時延Lorenz混沌系統網絡同步
4.10.1分數階時延混沌系統環狀網絡同步算法
4.10.2分數階時延Lorenz混沌系統網絡同步求解
4.10.3分數階時延Lorenz混沌系統網絡同步模擬
4.11混沌同步存在的問題與研究熱點
思考題
參考文獻

第5章基於混沌同步的保密通信技術
5.1混沌掩蓋通信
5.2混沌鍵控通信
5.2.1COOK
5.2.2CSK
5.2.3DCSK
5.2.4FMDCSK
5.2.5QCSK
5.3混沌調制通信
5.4混沌擴頻通信
5.4.1混沌直接序列擴頻通信原理
5.4.2混沌擴頻碼的產生
5.4.3多用戶混沌擴頻系統模擬模塊設計
5.4.4基於Rake接收的多用戶混沌擴頻系統的設計與模擬
5.4.5基於Rake接收的多用戶混沌擴頻系統的性能分析
思考題
參考文獻

第6章基於混沌序列的信息加密技術
6.1混沌密碼學
6.1.1傳統密碼體制
6.1.2混沌密碼與傳統密碼的關系
6.1.3混沌序列加密原理
6.2基於混沌序列的信息加密算法
6.2.1混沌加密算法的基本要求
6.2.2Logistic混沌系統及其統計特性
6.2.3混沌序列加密模型與算法
6.2.4基於混沌序列的數據加密算法實現
6.2.5系統調試與性能分析
6.3基於混沌映射的二值水印圖像加密算法
6.3.1混沌偽隨機序列發生器的改進
6.3.2基於TDERCS混沌映射的二值水印圖像加密算法
6.3.3加密算法的性能分析
6.4基於混沌映射和小波變換的彩色圖像水印算法
6.4.1小波變換算法及其應用
6.4.2水印嵌入與提取算法的設計與實現
6.4.3數值模擬與性能分析
思考題
參考文獻

第7章混沌圖像加密算法原理與設計
7.1混沌圖像加密理論基礎
7.1.1混沌圖像加密算法基本原理
7.1.2混沌系統的選擇
7.1.3圖像加密算法的性能評估
7.2基於循環移位的混沌圖像快速加密算法
7.2.1圖像加解密算法設計
7.2.2安全性與時間復雜度分析
7.2.3彩色圖像拓展算法及其性能分析
7.3基於DNA和混沌的圖像加密算法
7.3.1DNA運算規則
7.3.2DNA加密算法設計
7.3.3圖像加解密實驗結果
7.4基於位水平的混沌圖像加密算法
7.4.1圖像加解密算法設計
7.4.2算法的安全性分析
7.4.3算法的位水平方面分析
7.4.4計算復雜度分析
7.5基於混沌和壓縮感知的圖像加密算法
7.5.1圖像壓縮與加密算法
7.5.2算法壓縮性能分析
7.5.3算法安全性分析
7.5.4算法實用分析
思考題
參考文獻

第8章音視頻混沌加密通信技術
8.1實時語音加密通信原理
8.1.1數字加密通信系統原理
8.1.2實時語音加密通信系統
8.1.3密碼同步技術
8.2實時數據流加密算法
8.2.13DES加密算法
8.2.23DES與混沌映射相結合的加密算法
8.2.3網絡同步方法研究
8.2.4實時語音加密通信系統的安全性能分析
8.3實時語音加密通信系統的實現
8.3.1實時語音加密通信系統結構
8.3.2實時傳輸協議及其數據結構
8.3.3基於自適應通信環境的RTP實現
8.3.4系統調試與性能測試
8.4基於混沌序列的MPEG視頻加密算法
8.4.1混沌加密系統的設計原則
8.4.2MPEG視頻數據加密原理與步驟
8.4.3基於混沌的流密碼設計
8.4.4基於混沌的置亂算法設計
8.4.5加密實驗與效果分析
8.4.6MPEG視頻加密系統性能分析
8.5基於混沌的H.264視頻加密算法
8.5.1基於TDERCS的混沌流密碼的構造
8.5.2H.264視頻加密方案
8.5.3視頻加密性能分析
思考題
參考文獻

第9章分數階混沌系統的分析與模擬
9.1分數階混沌系統的研究現狀
9.2分數階微積分定義及其物理意義
9.3分數階混沌系統的求解方法
9.3.1分數階混沌系統的頻域近似求解方法
9.3.2分數階混沌系統的時域近似求解方法
9.4分數階混沌系統模擬方法
9.4.1分數階混沌系統動態模擬方法
9.4.2分數階混沌系統電路模擬方法
9.4.3分數階混沌系統數值模擬方法
9.4.4模擬方法對比與特點分析
9.5基於頻域法的分數階統一系統動力學特性分析
9.5.1分數階統一混沌系統模型
9.5.2分數階統一混沌系統的動態模擬
9.5.3參數固定時分數階統一系統的動力學特性
9.5.4參數變化時分數階統一系統的動力學特性分析
9.6基於時域法的分數階非耗散Lorenz系統的動力學特性
9.6.1分數階非耗散Lorenz系統模型
9.6.2分數階非耗散Lorenz系統的混沌特性
9.6.3系統控制參數R不同時的分岔特性分析
9.6.4分數階階數不同時的分岔特性
9.6.5方程微分階數不同時的分岔特性
思考題
參考文獻

第10章混沌系統的模擬與電路實現
10.1混沌系統的動態模擬
10.1.1Simulink動態模擬步驟
10.1.2模擬結果分析與性能改善
10.2混沌系統的電路模擬
10.3混沌模擬電路設計
10.3.1混沌模擬電路設計步驟
10.3.2混沌電路模塊化設計
10.3.3混沌電路的基本組成及元器件選型
10.4混沌電路的改進型模塊化設計
10.4.1基於OA器件的多渦捲Jerk電路設計
10.4.2基於CC器件的多渦捲Jerk電路設計
10.4.3多渦捲Jerk電路實現
10.5混沌系統的DSP設計與實現
10.5.1混沌系統的DSP實驗平臺
10.5.2整數階混沌系統的DSP實現
10.5.3分數階混沌系統的DSP實現
10.5.4離散混沌系統的DSP實現
10.6混沌系統的FPGA設計與實現
10.6.1電路結構的設計與優化
10.6.2分數階簡化Lorenz系統混沌信號發生器的設計
10.6.3實驗結果與分析
思考題
參考文獻

附錄A混沌及其應用研究領域的主要學術期刊
附錄B混沌特性分析MATLAB源程序