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超渾沌系統之電路實現

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Chen-Lee 超渾沌系統之相位圖如 [圖二十六]所示。當 時,

Chen-Lee 超渾沌系統之電路圖如[圖二十七]所示、當 時,數值 模擬之 Chen-Lee 超渾沌系統之相位圖如[圖二十八]所示。當

時,電路模擬之 Chen-Lee 超渾沌系統之相位圖如[圖二十九]所示 1.3 d =

1.3 d =

1.3 d =

[圖二十四]、當d =0.4時,超渾沌系統之電路圖。

[圖二十五]、當d =0.4時,超渾沌系統之相位圖(數值模擬)。

[圖二十六]、當d =0.4時,超渾沌系統之相位圖(電路模擬)。

[圖二十七]、當d =1.3時,超渾沌系統之電路圖。

[圖二十八]、當d =1.3時,超渾沌系統之相位圖(數值模擬)。

[圖二十九]、當d =1.3時,超渾沌系統之相位圖(電路模擬)。

第四章 Chen-Lee 渾沌同步系統加密之電路模擬

安全的訊號通訊在於渾沌同步系統中需要由三個要素所組成:(1) 訊號加密,(2)系統同步化,(3)訊號解密。首先,將資訊訊號 和渾 沌狀態的訊號

( )

S t

( )

z t1 所加密組合,設計出一個擁有複雜非線性函數

( )

M t 。使得資訊訊號S(t)可以隱藏在一個加密訊號S te

( )

之中,再傳遞 給其他接收者。接下來,實數函數的 x 波段設為渾沌訊號 。在接

下來的例子,挑選 。最後使用從響應系統所挑選出的函數

( )

h t

( )

1

h t =z

( )

z t2 ,來設計一個解密函數D t

( )

,使其重新產生一個精確估計的秘密 訊號 。經由同步化的驅動系統及響應系統,初始的訊號 與解 密後所獲得的訊號 幾乎是一致的。整體的圖解過程如[圖三十]所 示。

( )

Sd t S t

( )

( )

Sd t

[圖三十]、渾沌安全訊號傳遞系統圖解。

根據文獻[14]可知,Chen-Lee 渾沌同步系統其驅動系統方程式和 響應系統如下所示:

驅動系統:

( )

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 3 1 1

x y z ax y x z by

z x y

⎧ = − +

⎪ = +

⎨⎪ = +





 cz1

(19)

響應系統:

( )

2 2 2 2 1

2 2 2 2 2

2 1 3 2 2 2

x y z ax u

y x z by u

z x y cz

⎧ = − + +

⎪ = + +

⎨⎪ = +





 +u3

(20)

其 中 x y z, , 為 狀 態 變 數 , 為 系 統 的 確 定 參 數 。 設 定 參 數 為

。誤差變數為

, , a b c

(

a b c, ,

) (

= 5, 10, 3.8

)

e1 =x2x1e2 =y2y1 1

e1

、 。控

制 器 型 態 為

3 2

e =zz

1 1

u = −ku2 = −k2e2u3 =0 。 初 始 條 件 為 、

1(0) 0.2

x =

1(0) 0.2

y = z1(0)=0.2;x2(0)=5、y2(0)=5、z2(0)=5。增益值 為 、

k k1=5.1

2 244

k =

接下來設計加密解密方程如下:

加密函數:

( )

1

(

1 13

) ( )

e

( )

M t = +z z +z S t =S t (21) 解密函數:

( ) (

2z2 23

) (

2Se 2

)

D t = − z z + z z

+ + 3 (22) 並在 Chen-Lee 渾沌同步系統經過五十秒後,再給定秘密訊息函數

( )

0.1sin 5

( )

S t = πt ,將其隱藏於S te

( )

之中再傳遞給接收者。最後再經由 響應系統將其解密還原為S t

( )

訊號。

接下來設計出如[圖三十一]所示電路,其中包含了驅動系統[圖三 十二]、響應系統[圖三十三]、控制器[圖三十四]、加密函數[圖三十 五]、解密函數[圖三十六]、加密函數與解密函數兩者誤差[圖三十七]。

[圖三十一]、Chen-Lee 渾沌同步系統加密與解密電路示意圖。

[圖三十二]、Chen-Lee 渾沌同步系統驅動系統電路圖。

[圖三十三]、Chen-Lee 渾沌同步系統響應系統電路圖。

[圖三十四]、Chen-Lee 渾沌同步系統控制器電路圖。

[圖三十五]、Chen-Lee 渾沌同步系統加密電路圖。

[圖三十六]、Chen-Lee 渾沌同步系統解密電路圖。

[圖三十七]、Chen-Lee 渾沌同步系統加密與解密誤差電路圖。

設定取樣時間間距為[0,200]秒,所產生的加密訊號 如[圖三十 八],觀看其間隔在[130,142]時,可看到資訊訊號

( )

S te

( )

S t [圖三十九]與 解密訊號Sd

( )

t [圖四十]相當接近,並且其誤差值S t

( )

Sd [圖四十一]

也非常趨近於零。由此結果可推斷,使用渾沌同步系統所做的加密解 密功能,是可實行的。

[圖三十八]、加密訊號S t 圖。 e

( )

[圖三十九]、資訊訊號S t 圖。

( )

[圖四十]、解密訊號Sd

( )

t 圖。

[圖四十一]、誤差值S t

( )

Sd圖。

第五章 結論

近幾年來,渾沌在各個領域上皆有一定的研究與探討。但是以電 路來實現渾沌系統方面還有待探討。

本論文利用電路模擬套裝軟體(Multisim) ,實際去模擬 Chen-Lee 系統的渾沌同步與反同步共存、完全反同步、混合倍數同步、兩個等 同系統的渾沌同步與兩個不同系統的渾沌同步之行為,也利用電路模 擬套裝軟體(Multisim)去實現了 Chen-Lee 超渾沌系統。本論文將所獲 得之電路模擬的結果,皆與已知的數值分析之結果做比對驗證,由此 可以證明上述渾沌系統之電路模擬的正確性。

最後利用 Chen-Lee 渾沌同步系統,設計出加密與解密之控制電 路;成功實現。在研究結果中可以得知,同步 Chen-Lee 渾沌系統之 加密與解密的功能是有實際應用價值。本研究將渾沌同步的研究推向 實際應用,往前跨近一大步。

參考文獻

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