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混沌作为非线性系统中特有的运动形式,类随机性、对初值高度敏感性等特点,使其在保密通信中表现出了较好的应用前景。高效稳定的获得混沌信号是进行混沌保密通信的前提。对于形式简单并且应用广泛的Logistic-Map混沌序列信号,可在速度较慢、资源有限的MCS-51系列单片机硬件平台上实现。为此,可令Logistic-Map方程中参与迭代的(0,1)内小数,在保证一定运算有效位的情况下,与(0,65536)区间上的整数一一对应。对此区间上整数的基本运算,尽可能的采用位运算替代,以提高程序的执行速度并减少临时存储所需资源。
差分跳频是一种全新概念的高速、抗干扰、宽带跳频通信实现方案。G函数的设计是差分跳频通信系统的构建中最重要的问题,这直接决定系统的性能。差分跳频系统中的信息数据直接参与了跳频图案的构造过程,若对有效数据不作任何加密处理很容易被破解。对于差分跳频系统中用于加密的伪随机序列,这里将m序列与混沌数字序列(以Logistic映射为例)两者做了详细的分析比较。相比而言,混沌数字序列有更好的复杂度和相关性,而且它的周期理论上为无穷大。
若单纯的使用混沌序列作为加密序列,攻击者只需与同步混沌系统即可破解,保密的效果不佳。因此,在构造差分跳频系统的G函数时,将混沌数字序列当前时刻的值与前三个时刻的值进行与、或、异或、同或等逻辑运算。通过r=5的m序列值的低四位控制这三个值的系数及运算方式。这样可得到一个具备更高的复杂度的新序列,以它对信息数据进行加密,且用m序列值的最高位值选择加密形式。
为验证方案的可行性,在单片机硬件平台上,以上述的新序列作为跳频图案,锁相环为频率合成器的核心,设计并实现了跳速1000跳/秒、频点数为256、频率范围在15MHz~17.5MHz的混沌跳频信号发生器。