</a>摘  要： 基于混沌保密通信" title="保密通信">保密通信" title="保密通信">保密通信" title="保密通信">保密通信原理,，在單片機(jī)上采用細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN),，實(shí)現(xiàn)了灰度圖像的混沌保密通信。首先,，把灰度圖像數(shù)據(jù)嵌入到混沌信號(hào)當(dāng)中,，然后在接收端根據(jù)混沌同步原理解出圖像數(shù)據(jù)。給出不同噪聲參數(shù)和同步參數(shù)時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,，并作簡(jiǎn)要討論,。
關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；圖像,；混沌,；保密通信；細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

　　所謂保密通信,，就是為了防止通信秘密被竊取,，在通信的過(guò)程中對(duì)秘密信息及其傳輸方式采取隱蔽的手段，從而達(dá)到保密的目的,?；煦缡欠蔷€(xiàn)性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)所特有的一種運(yùn)動(dòng)形式。自從1990年提出混沌同步的原理并在電路中得以實(shí)現(xiàn)以來(lái),，混沌控制與同步及其應(yīng)用迅速成為非線(xiàn)性研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),。同時(shí)，混沌現(xiàn)象具有遍歷性,、非周期性,、連續(xù)寬帶頻譜、類(lèi)噪聲等特性,，特別適用于保密通信及圖像加密領(lǐng)域?，F(xiàn)在混沌保密通信大致分為3類(lèi)：第1類(lèi)是直接利用混沌進(jìn)行保密通信，如基于單片機(jī)利用Logistic映射對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加解密實(shí)驗(yàn)[1]、基于PC機(jī)利用Logistic映射和Henon映射對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行加解密實(shí)驗(yàn)[2],；第2類(lèi)是利用混沌同步進(jìn)行保密通信[3-4],；第3類(lèi)是混沌數(shù)字編碼的異步通信。其中,，第2類(lèi)混沌同步保密通信是當(dāng)前國(guó)際上研究的一大熱點(diǎn),。
　　本文根據(jù)細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)混沌同步的原理，基于單片機(jī)進(jìn)行灰度圖像的保密通信實(shí)驗(yàn),。通過(guò)無(wú)噪聲,、不同程度噪聲干擾及同步性能的比較驗(yàn)證了該方案的可行性。
1 CNN混沌模型
　　4元CNNs混沌同步保密通信如圖1所示[4],。

　　發(fā)射系統(tǒng)：
　   

    　傳輸信號(hào)：
　　s(t)=KX+200y4+i(t)　

　　通過(guò)同一個(gè)驅(qū)動(dòng)變量s(t),，實(shí)現(xiàn)同步誤差e=x-x′，當(dāng)e=0時(shí)候,，也就是平衡狀態(tài)穩(wěn)定時(shí),，構(gòu)建的接收方程如下：
　　接收系統(tǒng)：
　　   

式中，取K=[80.190 0,、20.154 6,、11.936 3、-89.800 0],。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 單片機(jī)及開(kāi)發(fā)工具
　　本文使用的單片機(jī)為AT89S52,，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)灰度圖像混沌保密通信。AT89S52是一種低功耗,、高性能CMOS集成電路芯片8位微控制器,，具有8 KB系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造,，與工業(yè)80C51單片機(jī)指令和引腳完全兼容,。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程。在單芯片上,，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,，使得AT89S52可為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案,。
    　本文使用的單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具為Keil C51,，版本為808A。此開(kāi)發(fā)工具支持匯編/C語(yǔ)言編程,。并且提供各種模擬芯片供軟件仿真使用,。Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng),，與匯編語(yǔ)言相比,，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性,、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì),，易學(xué)易用。
2.2 設(shè)計(jì)流程
    　灰度圖像為二維信號(hào),，而本次設(shè)計(jì)所需的信號(hào)為一維信號(hào),，因此，實(shí)驗(yàn)前必須如圖2所示將灰度圖像的二維點(diǎn)陣數(shù)組(m×n)轉(zhuǎn)換為一維數(shù)組,，作為輸入信號(hào)i(t),。

    　整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示。需要說(shuō)明的是,，由于單片機(jī)存儲(chǔ)單元有限,，混沌算法經(jīng)過(guò)多次乘加，中間參量生成較多,，為了獲得完整的數(shù)據(jù)結(jié)果以及單片機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)正常,，特設(shè)定了5個(gè)數(shù)據(jù)為1次算法循環(huán)。一旦結(jié)束1次算法循環(huán),，便將結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī),，下次循環(huán)結(jié)果覆蓋保存在相同的存儲(chǔ)單元。這樣,，保證了數(shù)據(jù)的完整性以及實(shí)驗(yàn)的流暢性,。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    　實(shí)驗(yàn)界面如圖4所示，功能如下：
    　噪聲參數(shù)：通信噪聲,，模擬實(shí)際環(huán)境外界干擾下實(shí)驗(yàn)結(jié)果,。
    　同步參數(shù)X：4元CNN混沌算法，X初始值,，表示通信的同步性,，X為0時(shí)，表示同步,；大于零時(shí)表示欠同步,，X值越大，同步性能越差,。

    通行測(cè)試：測(cè)試單片機(jī)是否連接正確,。
    運(yùn)行：在通行測(cè)試正常情況下，點(diǎn)擊運(yùn)行,，顯示如圖4所示,。
    輸入不同的噪聲參數(shù)以及同步參數(shù)獲得的結(jié)果如圖5所示。

    　本文基于CNN混沌同步原理,，在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)了灰度圖像的保密通信,。在噪聲系數(shù)和同步系數(shù)不同的情形下分別對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。在理想情況下(即噪聲為0,，完全同步情況下),，驗(yàn)證了在單片機(jī)上混沌保密的可行性。而在噪聲逐漸增大的情況下,，圖像的失真度越來(lái)越高,，這符合實(shí)際情況。在同步參數(shù)改變的情況下,，圖像出現(xiàn)欠同步現(xiàn)象,，印證了在單片機(jī)上同步算法的運(yùn)行正確性。單片機(jī)作為小型芯片設(shè)備,，可嵌入在各種電子產(chǎn)品中,，應(yīng)用領(lǐng)域、成本低,、效益高,，并且保密通信效果穩(wěn)定。
參考文獻(xiàn)
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