忆感器混沌系统及其在信息加密中的应用研究

论文摘要

纳米级别的忆阻器、忆容器和忆感器作为新型的电路元件,具有不同于其它电路元件的独特性能,在非易失性存储、神经网络、数字逻辑电路等领域有着重要的应用价值。其中HP实验室在2008年成功研制出了忆阻器的物理器件,使得忆阻器迅速成为国内外学者研究的热点。而到目前为止忆感器的物理器件还没有实现,对于忆感器的研究也比较少,主要是一些建模与仿真。本文主要研究忆感器数学模型和其仿真电路的构建,基于忆感器模型设计混沌振荡电路,探究忆感器在电路中的复杂动力学行为,并将忆感器混沌序列应用于信息加密之中。本文主要的研究内容有以下几个部分:（1）根据忆感器的定义式,设计了一个磁控忆感器和一个流控忆感器数学模型,并搭建了相应的等效电路,用来模拟实际忆感器的电学特性。采用Multisim软件对忆感器模型的等效电路进行电路仿真,发现在给定正弦激励后,它们的韦安特性是紧致的滞回曲线,证明了忆感器模型的正确性。（2）基于混沌基本理论与分析方法,为了探究忆感器的应用,利用磁控忆感器数学模型设计了一个具有隐藏吸引子的混沌系统。通过平衡点和耗散性的计算证明了系统出现混沌的可能性,然后用分岔图、Lyapunov指数对系统的动力学特性进行了探究,发现系统的最大特点是能够出现具有对称性的共存隐藏吸引子,并给出了该现象产生的具体条件。最后用DSP实验将混沌系统产生的信号进行离散化处理,从而验证了 Matlab仿真的正确性。（3）基于磁控忆感器模型搭建了一个混沌振荡电路,通过平衡点集、分岔图、Lyapunov指数、Lyapunov维数、动力学地图观察了参数变化时系统状态的演变过程,还发现了忆感器混沌中共存吸引子的现象,并给出了该现象产生的具体条件。还对系统进行了降维分析,降维后的数据先进行离散化处理,然后通过数模转换得到伪随机序列,对伪随机序列进行了NIST测试,测试结果显示了该序列具有优良的随机性,应用于信息加密和保密通信中有很大的价值。（4）对忆感器混沌系统产生的序列进行应用研究,将提取出的伪随机序列与流行的DES加密算法相结合,设计了一个基于Linux操作系统的信息加密传输应用程序,用混沌序列作为加密算法的密钥,算法用C++语言编写。因为忆感器混沌系统的密钥空间比较大,对加密信息进行破译难度非常大,所以应用程序的信息传输安全性得到了保障。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 研究现状及发展趋势
•     1.2.1 忆感器模型研究进展
•     1.2.2 忆感器混沌系统的研究现状
•     1.2.3 信息加密的现状和展望
•   1.3 本文的主要研究内容及结构安排
• 第二章 忆感器建模
•   2.1 记忆元件
•     2.1.1 记忆器件的发现和定义
•     2.1.2 记忆器件的模型和特性分析
•   2.2 忆感器模型和等效电路设计
•     2.2.1 流控忆感器模型及等效电路
•     2.2.2 磁控忆感器模型及等效电路
•   2.3 本章小结
• 第三章 基于忆感器的混沌系统的设计和实现
•   3.1 混沌理论基础
•     3.1.1 混沌的定义和发展
•     3.1.2 混沌的特征和验证方式
•     3.1.3 经典混沌系统
•   3.2 忆感器混沌系统及特性分析
•     3.2.1 基于忆感器的混沌系统的构建
•     3.2.2 混沌系统的证明
•     3.2.3 系统参数c对动力学特性的影响
•     3.2.4 系统的共存吸引子和共存隐藏吸引子
•     3.2.5 混沌系统的DSP验证
•   3.3 本章小结
• 第四章 忆感器混沌振荡电路的设计与分析
•   4.1 忆感器混沌振荡电路
•     4.1.1 忆感器混沌振荡电路的搭建
•     4.1.2 耗散性和平衡点稳定性的分析
•   4.2 忆感器混沌振荡电路的动力学特性分析
•     4.2.1 参数b变化对系统的影响
•     4.2.2 参数f变化对系统的影响
•     4.2.3 参数b和f共同作用时系统的动力学特性
•     4.2.4 初始值x（0）和z（0）影响下的共存吸引子
•   4.3 忆感器混沌振荡电路降维分析和电路仿真
•     4.3.1 忆感器混沌电路的降维分析
•     4.3.2 忆感器混沌电路的仿真和DSP实现
•   4.4 本章小结
• 第五章 忆感器混沌在信息加密中的应用
•   5.1 忆感器混沌系统伪随机序列分析
•     5.1.1 忆感器混沌系统随机性测试
•     5.1.2 混沌-DES算法
•   5.2 信息加密应用程序的设计与实现
•     5.2.1 信息加密应用程序客户端与服务器端的设计
•     5.2.2 信息加密应用程序的实现
•     5.2.3 信息加密应用程序测试和安全性分析
•   5.3 本章小结
• 第六章 结束语
•   6.1 工作总结
•   6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴泽炎

导师: 王光义

关键词: 混沌,忆感器,共存隐藏吸引子,信息加密

来源: 杭州电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 杭州电子科技大学

分类号: O415.5;TP309.7;TN60

总页数: 64

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