基于混沌不可预测性的信息加密系统新制式的若干基本问题研究

将混沌加密和常规加密级联的混合加密方案是一种新制式的加密方案。本项目从物理系统和应用技术的角度出发，致力于基于不可预测性的混沌信号的特征化、优选、利用及相关测试算法研究，不仅有利于提高系统的安全性，而且能为系统安全性能评估提供理论依据。主要包括鞍周期轨道的非局部半稳定性分析方法、混沌系统不可预测性强弱的检测算法及基于不可预测性的新制式加密系统的安全性能评估方法研究，以期为利用混沌不可预测性的新制式加密系统建立基本的理论框架，形成一套系统的分析方法。在此基础上，给出一种软、硬件结合的新制式加密系统实现模型。混沌不可预测性在混沌密码系统中应用的研究在国际上尚未开展，混沌加密系统的安全性评估理论尚未建立。因此，本课题属于混沌加密新途径的探索，是一项具有独创性、基础性和挑战性的国际前沿课题，可望取得一些独创性成果，对促进混沌理论及其实用化技术的发展具有重要的理论意义和实质的推动作用。

项目主要针对混沌系统鞍周期轨道非局部的半稳定性分析方法、基于不可预测性应用的物理混沌的随机序列的产生及其测试方法、基于混沌系统的图像加密算法及其安全性评估及混沌系统在无线传感器网络中应用的若干基本问题进行了较为深入的研究。所取得的主要成果有：. (1).提出了一种能够阐明混沌运动这一复杂动力学行为的系统相轨的特征化描述方法，藉此建立了混沌系统鞍周期轨道非局部的半稳定性分析的数学模型及对系统进行半稳定性分析的判据，并进行了详细的理论分析和实验仿真验证。. (2).实现了几种经典物理混沌系统电路，并利用NIST测试研究了不同离散化方法产生的各系统随机序列的不可预测性强弱。实验结果验证了物理混沌序列要比算法混沌序列随机性更强的结论，并表明NIST测试在物理混沌系统不可预测性强弱检测方面的可行性。. (3).基于Henon映射和复合时空混沌系统提出了一种新的图像加密方案，并对所实现方案进行了基于空间特性、秘钥敏感性、明文敏感性、剪切攻击、椒盐噪声攻击及信息熵等多个特性的安全性测试与评估。实验结果表明所提出方案在安全性和算法复杂度等方面均具有较强的优势。. (4).提出了2种对图像置乱程度进行评估的方法：基于分块信息熵方差和利用Bhattacharyya Coefficient。通过不同加密方案的多角度仿真，验证了所提出方法的有效性。. (5).针对混沌信号在无线传感器网络中的应用，提出了采用平方根容积卡尔曼滤波器对融合中心收集的信号进行重构的算法及一种新的基于容积卡尔曼粒子滤波的信号盲分离算法。. 项目在混沌系统不可预测性强弱检测及其应用方面的研究成果，为混沌信号的特征化、优选及安全性能提高与评估等研究提供了重要参考，促进了混沌机理研究及其工程应用的进一步发展。.