D0I:10.13374/j.issn1001053x.2001.02.021 第23卷第2期 北京科技大学学报 Vol.23 No.2 2001年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2001 一 类数字混沌保密语音通信系统 赵耿 郑德玲董冀媛 北京科技大学信息工程学院，北京00083 摘要首次作出了一类数字混沌保密语音通讯系统的应用实验电路，提出了时钟一间隔 脉冲驱动同步方法，分析了系统的噪声特性和保密性能.实验结果表明，基于数字混沌的保密 语音通讯是可靠的. 关键词 数字混沌：保密通讯：混沌遮掩：同步 分类号TP273;TN918 利用混沌同步来实现秘密通信是近年来混 不同的序列.图1为本文混沌遮掩通信主叫方 沌应用中竞争最激烈的研究课题，美国军方研 或被叫方的电路组成方框图 究最为积极.自Carroll和Pecora发现混沌同 ,音频 昏频带通 步后，首先设想利用电子线路来达到混沌通信 麦克风 放大器 滤波器 的目的.Cuomo例等提出了混沌遮掩方法用于模 发送 同步微调→ 同步信号 S 拟信号的保密通讯，并利用Chua电路进行了电 发生器 路实验.其主要依据是：只有当秘密通讯的双方 16位 低通 C 具有完全相同的非线性电路（混沌电路）时，才 参数及初高骸混沌 D/A 平滑 能达到混沌同步.它利用了混沌载波的宽带类 始值选择映射器 转换器 滤波器 接收 噪声特性来掩盖信息信号的频谱从而防止了基 喇叭 音频功率倍频带通， 于谱分析方法的攻击.然而到目前为止，绝大多 放大器门滤波器 同步分离器 数的混沌保密通讯尚仅限于理论研究和仿真阶 图1主叫方及被叫方电路方框图 段，Dmitriev等在RF带中曾作过一个单向无线 Fig.1 Active callor or passive callor circuit frame figure 的语音保密通讯实验.本文仍以混沌遮掩法为 其基本原理是语音信号经麦克风通过音频 基础研究并作出了一种实用的数字混沌双向语 放大器放大为V并与数字混沌产生器经16位 音保密通讯电路，利用了时钟一间隔脉冲驱动 D/A转换器，低通平滑滤波器产生的模拟混沌 同步方法，旨在把混沌保密通信用于真正的实 信号C及时钟一间隔脉冲驱动同步信号$通过 际系统中去 叠加调制并发送出去，在接收端V+C+S混合信 号通过同步信号分离器分离出同步信息，去驱 1 系统构成及数学模型 动接收方数字混沌产生器同步，并通过减法解 11系统构成 调器，解调出原始语音信号 从实用的角度看，实际系统中应用的混沌 12数学模型 序列应该是数字的而非模拟的，其原因是数字 logistic映射是研究和应用最广泛的一种混 混沌序列便于产生和控制对于它的产生只需 沌映射.它的定义是x一4(1-x),这里4∈(1,4]之 一个混沌映射和一个初始条件，这意味着不需 间某个常数.(1)式为离散logistic映射. 要存储长的序列，就能产生大量不同的序列.若 x(k)=ux(k-1)1-xk-1)0(k-1K1(1) 对于保密电话通讯而言，只需给每一个用户分 可以证明且实验结果也表明，随着4值的增加， 配一个初使条件或映射参数值，就能产生大量 系统性态的复杂性稳步增长：不动点一分形态 →混沌态，且当μ>3.5699456,0<x×1时，logistic 收稿日期200009-23赵歌男，36岁，博士生 映射工作处于混沌态.本系统的数字混沌产生 *国家自然科学基金资助项目CN0.69772041)第 卷 32 期 2 年20 0 1月 4 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u nr a l o 加 f 招U . e i ty 犷 o S c le n c e a n d l b c h . o lo yg B e 恤 ji g Vb l.2 3 N 0 . 2 A P .r 2 0 0 1 一类数字混沌保密语音通信 系统 赵 耿 郑德玲 董冀媛 北京科技大学信息工程学院 , 北京 10 0 83 摘 要 首次作 出了一类数字混 沌保密语音通讯系统的应用 实验电路 ,提 出了时钟一 间隔 脉冲驱动 同步方法 , 分析 了系统的噪声 特性 和保密 性能 . 实验结果表 明 , 基于数字混沌 的保密 语音 通讯是 可靠的 . 关键词 数字混 沌 ; 保密通讯 ; 混沌遮掩 ; 同步 分类号 T P 2 7 3 ; T N 9 1 8 利用混沌 同步来实现秘密通信是近年来混 沌应 用中竞争最激烈 的研究课 题 , 美 国军 方研 究最 为积极 . 自 C ~ n 和 eP c o ar 〔切 发现混 沌同 步后 , 首先设想利 用电子 线路来达到混沌 通信 的 目的 . C uo m ola }等提 出了混沌遮掩方法用于模 拟信 号的保密通讯 , 并利用 Ch u a 电路进行 了 电 路实验 . 其主要依据是 : 只有当秘 密通讯 的双方 具有 完全相 同的非线性 电路 ( 混沌 电路 )时 , 才 能达到混沌 同步 . 它利用 了混沌载波 的宽带类 噪声特性来掩盖信息信号 的频谱从而防止 了基 于谱分析方法的攻击 . 然而到 目前为止 , 绝大多 数 的混沌保密通讯 尚仅限于理论研究和仿真阶 段 , D m itr e v’l 1等在 RF 带 中曾作过一个单向无线 的语 音保 密通讯实验 . 本文仍 以混沌遮掩 法为 基础研究并作 出了一种实用 的数字混沌双 向语 音保 密通讯 电路 , 利用 了时钟一间隔脉冲驱动 同步方法 , 旨在 把混沌保密通信用 于真正 的实 际系统 中去 . 不 同的序列 . 图 l 为本文混沌 遮掩通信主叫方 或被 叫方 的电路组 成方框 图 . 同步信号 发生器 1 6 位 低通 参数及初 高散混 沌 D /A 平滑 始值选择 映射器 转 换器 滤波器 音 频功率 放大器 1 系统构成及数学模型 L l 系统构成 从 实用的角度看 , 实际系统 中应用 的混沌 序 列应该是数字 的而非模 拟的 , 其原 因是 数字 混沌序列便于产生和控制 ” 1 . 对于它的产生只需 一个 混沌映射和一个初始条 件 , 这意 味着 不需 要存储长 的序列 , 就能产生大量不同的序列 . 若 对 于保密 电话通讯而言 , 只需给每一个用 户分 配一个初使条件或 映射参数值 , 就能产生 大量 收稿 日期 20 0刁 -9 23 赵耿 男 , 36 岁 , 博士生 * 国家自然 科学基金资助 项 目困.0 6 97 72 04 1) 图 1 主 叫方及 被 叫方 电路方框图 F i g . l A c 6 v e c a lo r o r P a s s iv e c a lo r e icr u it fr a m e 血 u er 其基本原理是语音信号经麦克风通过音频 放大器放大 为 V 并与数 字混沌产生器 经 16 位 D A/ 转换 器 , 低通平滑滤波器 产生 的模拟混沌 信号 C 及时钟一间隔脉冲驱动 同步信号 S 通过 叠加调制并发送 出去 , 在接收端 +V C + S 混合信 号通过 同步信号分 离器分离出同步信息 , 去驱 动接收方数字混沌 产生器 同步 , 并通 过减法解 调器 , 解调 出原始语 音信号 . 1 .2 数学模型 fo ig ist c 映射是研究 和应用 最广 泛的一种混 沌映射 . 它的定义是 x 一斌1一 x) , 这里 产以 1 , 4〕之 间某个常数 . l( )式 为离散 log i ist c 映射 . 工 (幻节城k一 1 )( l 一x( k一 l )) 0众( k一 l 卜1 ( l ) 可 以证明且实验结果也表明 , 随着产 值 的增加 , 系统性态 的复杂性 稳步增长 : 不动点 一 分形态 , 混沌态 , 且 当产> 3 . 5 6 9 94 5 6 … , o尔 l 时 , l iog s it e 映射工作处 于混沌 态 . 本 系统 的数字混沌 产生 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 02. 021