方锦清混沌必威体育官网网址通信的研究概况与展望-中国高等科学技术中心.ppt

1998年研究几何与混沌的柯蒂斯·麦克·马伦(Curtis T McMullen)获菲尔兹数学奖，雄辩地说明了混沌科学理论的重要地位。混沌和分形理论密不可分，混沌、分形理论、计算机理论和现代通信理论的结合在混沌必威体育官网网址通信中发挥了重大作用，应用前景巨大。 柯蒂斯·麦克·马伦，美国人，哈佛大学数学系教授。在1998年德国柏林获得菲尔兹数学奖。 /~ctm/ 实验有效验证混沌系统的基本特性：宽谱性、对初值和系统参数的敏感性、有界性、遍历性、内随机性、分维性、标度性、普适性和统计特征等，这些宝贵的特性与密码需求相一致，引起密码学界的高度关注和重视。 实际上，早在1984年就提出了混沌加密思想，以后混沌和密码学结合使混沌加密的研究不断深入。迄今，不仅了建立数字化混沌通信，并将混沌密码应用于信息安全与必威体育官网网址通信领域。 随着大规模集成电路的高速发展，计算机及可编程逻辑电路计算精度与运算速度的不断提高，已使混沌特性退化程度大为减弱，混沌必威体育官网网址通信正在走进实用化，虽然军事必威体育官网网址需要，估计即将接近实际应用的阶段。 影响混沌通信实用化的原因 随着通信服务业的迅速发展（用户量, 宽带数据、视频和声音服务，以及更高的信息安全要求等），许多尖锐的矛盾日益显露，如爆炸性增长的通信用户量与现有系统只有有限用户量，必威体育官网网址性与可拦截性等问题。现有的无线通信系统，由于它们自身固有的系统缺陷，并不能从根本上 解决上述矛盾。 现已证实，基于混沌的宽带通信提供了一个有意义的途径，它具有解决现有通信系统诸多矛盾和缺陷的发展潜力。尽管目前国内外已提出多种基于混沌的通信理论与技术，但还没有一个可用在有多径传输、畸变和时变衰落环境的实用系统。 当前，影响混沌通信向实用化迈进的主要原因： 对于相干检测，由于信道干扰和系统参数不匹配，致导难以实现混沌同步。通信信道的负效应，特别是无线通信信道的干扰，严重地蜕化了已提出的混沌通信系统的实现。 对于非相干检测，两个因素影响了系统的实际实现：限幅器的阈值是噪声功率的函数；比特能量的方差也随着噪声功率的增加而增加。 近年来，经常发生网络通信安全问题，在传输、存储、处理过程中的数据信息丢失、泄露或被非法篡改将对国家、国防、社会和经济等造成严重的影响 例如，GSM网络的SIM卡被克隆和通信内容被窃听，IEEE802.11标准中的WEP算法被破解，盗用他人账号上网等。鉴于国际上日益激烈的网络安全形势，今年我国工信部专门出台了《通信网络安全防护管理办法》，从2010年3月1日起执行。这说明解决通信系统信息安全性问题对国家具有长远的战略意义。 1998年美军提出了 “网络中心战”，2009年美国总统奥巴马刚上台就于5月29日批准公布了国家网络安全评估报告，指出来自网络空间的威胁已成为美国面临的最严重的经济和军事威胁之一，保护网络基础设施将是维护美国国家安全的第一任务，并提出了制定网络安全事件应急计划和筹备美军网络司令部等重大决策。 6月美国国防部马上创建了世界上第一个网络战司令部，它成为与空军作战司令部、太空司令部平级的单位，麾下多达541个子司令部、65个空军中队、预备役和国民警卫队、4个空军网络战联队和陆、海军网络战部队，如此大规模的网络部队完全是美军十多年来发展的必然产物。 “网络中心战”的全面实现要经历20～30年左右的时间，在2015年建成全球信息网格，2020年能实行较成熟的网络中心战。美国防部报告强调指出：“网络中心作战 可能是美国政府历史上最复杂的任务,可与第二次世界大战及对前苏联的冷战相比,是长期、困难、高费用和高风险的任务。”“这一任务岂止是非常复杂, 所需的知识甚至还不存在。这类似当年美国的曼哈顿‘原子弹工程’、‘阿波罗’登月工程, 需要长期的、动员全国力量的创新”。 1. 数字化混沌通信(DDCC) 一直是混沌必威体育官网网址通信的一个最重要的研究方向. 并已被大量实验证实是最具有实用前景. 数字通信系统的特点是具有抗干扰能力强、易于加密和易于大规模集成等，它比较模拟混沌系统具有结构简单、易于实现和必威体育官网网址性能高等优势，因此它必然将取代模拟通信在通信行业中占主要地位. 数-数通信仍能保存原混沌系统的许多特征，诸如：对初始值的高度敏感性、混沌序列的类似随机性等，并且还有符合密码学需要的特征，初始密钥空间无限大、混沌系统唯一确定性等，并混沌更易运算、大量非线性运算和同步通信，使数字化混沌和加密理论结合构成信息安全与必威体育官网网址通信系统。 必须深入研究数字化的混沌特性 由于数-数混沌系统时域值受到有限精度和离散化限制，只要提高运算精度，则可减小平均量化误差。需要设计混沌序列密码核，使之产生输出良好的伪随机序列，并对该序列进行预测，构造出可估计的数字化混沌序列密码的基本模型，在有限资源下，有效调配系统参数、精度和初始值，使输出序列符合密码