基于忆阻器的混沌电路研究

论文摘要

随着大数据、物联网、智能设备以及网络技术的飞速发展,我们生活中的绝大多数信息,如文本、图像、音频、视频等信息的传输都离不开网络的支持。网络一方面给人们的生活带来了便捷,但另一方面,一些不法分子会利用网络来窃取信息,这就给人们的信息安全带来很大隐患。忆阻混沌系统是一种非线性系统,具有随机性、不确定性和对初值的高度敏感性等特点,因此研究它在信息安全中的应用具有非常重要的意义。本文利用二极管、电阻、电容和电感设计了一个忆阻器等效电路,并利用该电路和积分器,反相器等设计了一种5维忆阻混沌电路,并尝试将其应用于图像加密。主要研究工作如下:(1)根据HP实验室采用二氧化钛材料制作的忆阻器的相关特性,设计了一种伏安关系与惠普实验室制作的忆阻器的伏安关系一致的等效电路,利用电路验证后发现与理论分析的结果基本一致,相比于采用运放和乘法器实现的忆阻器等效电路来说,具有结构更简单,硬件更容易实现的特点。(2)利用忆阻器等效电路、运算放大器等设计了一种5维忆阻混沌电路,并建立该系统的数学模型后利用龙格库塔算法进行数值求解;最后采用动力学分析方法分析了该系统的动力学特性。结果表明,在合适的参数范围内,系统会出现混沌现象。(3)利用FPGA设计了一个NIOS Ⅱ软核,并对设计的忆阻混沌系统进行欧拉离散,并写为C代码;为TLC5618数模转换芯片设计了一个符合Avalon总线的IP核。最后经过综合,编译后烧写到FPGA中,利用示波器观察波形发现与数值结果基本一致。(4)设计了一种基于忆阻混沌系统和DNA编码的图像加密通信的保密方案,经过图片测试后的加密性能分析发现该保密方案具有很好的加密性能,因此可以很好地应用于图像通信加密系统中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及其意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 论文主要内容及章节安排
• 第2章 忆阻器理论及其电路模型设计
•   2.1 忆阻器理论概述
•     2.1.1 忆阻器的定义及分类
•     2.1.2 忆阻器的应用
•   2.2 惠普忆阻器简介
•     2.2.1 惠普忆阻器模型
•     2.2.2 惠普忆阻器等效电路模型
•   2.3 本章小结
• 第3章 忆阻混沌电路设计及其动力学分析
•   3.1 混沌系统的概念
•     3.1.1 混沌系统的定义
•     3.1.2 混沌的基本特征
•   3.2 混沌系统的研究方法
•     3.2.1 相轨迹
•     3.2.2 庞加莱截面
•     3.2.3 分岔图
•     3.2.4 李雅普诺夫指数
•     3.2.5 平衡点与吸引子
•   3.3 一种5维忆阻混沌系统的设计与分析
•     3.3.1 模型设计
•     3.3.2 数值实验
•     3.3.3 系统稳定性分析
•     3.3.4 系统的动力学特性分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 数字式混沌信号发生器
•   4.1 系统离散化
•   4.2 D/A转换电路设计
•     4.2.1 TLC5618 DAC芯片介绍
•     4.2.2 TLC5618 IP核设计
•   4.3 忆阻混沌信号发生器设计
•     4.3.1 硬件介绍
•     4.3.2 软件设计
•   4.4 实验结果
•   4.5 本章小结
• 第5章 基于忆阻混沌系统和DNA运算的图像加密算法
•   5.0 DNA编码与运算
•     5.0.1 DNA编码
•     5.0.2 DNA运算
•   5.1 图像加密算法设计
•   5.2 图像加密算法安全性分析
•     5.2.1 直方图分析
•     5.2.2 相邻像素的相关性分析
•     5.2.3 信息熵分析
•   5.3 实验结果对比分析
•   5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 段济开

导师: 摆玉龙

关键词: 忆阻器,混沌电路,忆阻混沌电路,混沌保密通信

来源: 西北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 西北师范大学

分类号: TN60;O415.5

DOI: 10.27410/d.cnki.gxbfu.2019.000797

总页数: 50

文件大小: 2937K

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