CN110620647A - 一种三维混沌保密通信电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维混沌保密通信电路，包括第一至第三通道，第一至第三通道分别输出x信号、‑y信号和z信号，其中，第一通道包括第一乘法器、第一运算放大器和第二运算放大器，第二通道包括第二乘法器、第三乘法器、第三运算放大器、第四运算放大器和第五运算放大器，第三通道包括第四乘法器、直流电源、第六运算放大器、第七运算放大器和第八运算放大器，并且每个运算放大器的两个电源端分别连接到正电源和负电源。本发明能够增加混沌区间的大小，并提高混沌区间的稳定性，从而丰富生成的相位图的多样性，此外，还对于教学演示和研究非线性电路的混沌现象具有较大的意义，并对保密通信的设计与研究具有较为重要的影响。

Description

一种三维混沌保密通信电路

技术领域

本发明涉及混沌电路技术领域，具体涉及一种三维混沌保密通信电路。

背景技术

随着信息技术的突飞猛进，人类也进入了信息时代。为了满足信息时代中人们快速获取信息的需求，信息传输受到了人们重视，尤其是信息传输的安全性更是受到了人们的广泛关注。究其主要原因，是因为信息在通过网络传输的过程中难免受到一些不确定的干扰甚至是恶意的攻击，可能会造成个人隐私泄露，甚至是国家安全信息被窃取。

为了有效解决上述问题，相关研究人员不断进行信息传输安全的研究，此时，混沌理论因为拥有独特的性质而得到了研究人员的重视。混沌是本世纪最重要的科学发现之一，它打破了确定性与随机性之间不可逾越的分界线，被誉为是继相对论和量子力学后的第三次物理革命。混沌系统对初始值非常敏感，并且具有随机性，可控及同步性。近年来混沌保密通信，混沌电路及加密发展成为一个前沿领域。混沌其实代表的就是一种无规则和无序的状态，混沌系统阐述了系统状态初始值的微小改变可以导致系统最终状态与未改变前的最终状态产生巨大的差异，一定程度上影响了人类的思维方式，拓展了人类对客观世界的认知。现在，混沌理论与其他学科联系衍生出众多交叉学科，广泛应用于工程学、哲学、政治经济学、物理学、和机器人学等众多领域，所以混沌理论的研究意义是非凡的。

当前基于混沌理论的电路较多，其中较为常用的是蔡氏混沌电路。但是，目前的蔡氏混沌电路具有混沌区间短小且不稳的问题，难以有效应用于信息传输安全领域。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种三维混沌保密通信电路，能够增加混沌区间的大小，并提高混沌区间的稳定性，从而丰富生成的相位图的多样性，此外，还对于教学演示和研究非线性电路的混沌现象具有较大的意义，并对保密通信的设计与研究具有较为重要的影响。

为达到上述目的，本发明提出了一种三维混沌保密通信电路，包括第一至第三通道，所述第一至第三通道分别输出x信号、-y信号和z信号，其中，所述第一通道包括第一乘法器、第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一乘法器的两个输入端分别接x信号和z信号，所述第一乘法器的输出端通过第一电阻连接到所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的反相输入端通过第二电阻接-y信号，并通过第三电阻连接到所述第一运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的反相输入端通过第四电阻连接到所述第一运算放大器的输出端，并通过第一电容连接到所述第二运算放大器的输出端，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的同相输入端均接地，所述第二运算放大器的输出端作为所述第一通道的输出端；所述第二通道包括第二乘法器、第三乘法器、第三运算放大器、第四运算放大器和第五运算放大器，所述第二乘法器的两个输入端分别接x信号和z信号，所述第二乘法器的输出端通过第五电阻连接到所述第三运算放大器的反相输入端，所述第三乘法器的两个输入端分别接z信号和-y信号，所述第三乘法器的输出端通过第六电阻连接到所述第三运算放大器的反相输入端，所述第三运算放大器的输出端通过第七电阻连接到所述第三运算放大器的反相输入端，并通过第八电阻连接到所述第四运算放大器的反相输入端，所述第四运算放大器的输出端通过第九电阻连接到所述第五运算放大器的反相输入端，并通过第二电容连接到所述第四运算放大器的反相输入端，以及接y信号，所述第五运算放大器的输出端通过第十电阻连接到所述第五运算放大器的反相输入端，所述第三运算放大器、所述第四运算放大器和所述第五运算放大器的同相输入端均接地，所述第五运算放大器的输出端作为所述第二通道的输出端；所述第三通道包括第四乘法器、直流电源、第六运算放大器、第七运算放大器和第八运算放大器，所述第四乘法器的两个输入端分别接y信号和x信号，所述第四乘法器的输出端通过第十一电阻连接到所述第六运算放大器的反相输入端，所述第六运算放大器的反相输入端通过第十二电阻连接到预设电源，并通过第十三电阻接z信号，所述第六运算放大器的输出端通过第十四电阻连接到所述第六运算放大器的反相输入端，并通过第十五电阻连接到所述第七运算放大器的反相输入端，所述第七运算放大器的输出端通过第十六电阻连接到所述第八运算放大器的反相输入端，并通过第三电容连接到所述第七运算放大器的反相输入端，以及接z信号，所述第八运算放大器的输出端通过第十七电阻连接到所述第八运算放大器的反相输入端，所述第六运算放大器、所述第七运算放大器和所述第八运算放大器的同相输入端均接地，所述第八运算放大器的输出端作为所述第三通道的输出端，每个运算放大器的两个电源端分别连接到正电源和负电源。

根据本发明实施例的三维混沌保密通信电路，通过第一至第三通道分别输出x信号、-y信号和z信号，其中，第一通道包括第一乘法器、第一运算放大器和第二运算放大器，第二通道包括第二乘法器、第三乘法器、第三运算放大器、第四运算放大器和第五运算放大器，第三通道包括第四乘法器、直流电源、第六运算放大器、第七运算放大器和第八运算放大器，并且每个运算放大器的两个电源端分别连接到正电源和负电源，由此，能够增加混沌区间的大小，并提高混沌区间的稳定性，从而丰富生成的相位图的多样性，此外，还对于教学演示和研究非线性电路的混沌现象具有较大的意义，并对保密通信的设计与研究具有较为重要的影响。

另外，根据本发明上述实施例提出三维混沌通信保密电路的还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述正电源为正12V直流电源，所述负电源为负12V直流电源。

根据本发明的一个实施例，每个运算放大器的型号均为TL084CD。

根据本发明的一个实施例，每个乘法器的型号均为AD633。

根据本发明的一个实施例，所述第一电阻、所述第七电阻和所述第八电阻的阻值为50kΩ，所述第二电阻和所述第三电阻的阻值均为300kΩ，所述第四电阻、所述第五电阻、所述第六电阻、所述第九至第十七电阻的阻值均为100kΩ。

根据本发明的一个实施例，所述第一至第三电容的容值均为1nF。

附图说明

图1为本发明实施例的三维混沌保密通信电路的电路图；

图2为本发明一个实施例的三维混沌保密通信电路生成的x-y电压相位图；

图3为本发明一个实施例的三维混沌保密通信电路生成的x-z电压相位图；

图4为本发明一个实施例的三维混沌保密通信电路生成的y-z电压相位图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的三维混沌保密通信电路的电路图。

如图1所示，本发明实施例的三维混沌保密通信电路，包括第一至第三通道，第一至第三通道分别输出x信号、-y信号和z信号，其中，第一通道包括第一乘法器A1、第一运算放大器U1和第二运算放大器U2，第二通道包括第二乘法器A2、第三乘法器A3、第三运算放大器U3、第四运算放大器U4和第五运算放大器U5，第三通道包括第四乘法器A4、直流电源、第六运算放大器U6、第七运算放大器U7和第八运算放大器U8，每个运算放大器的两个电源端分别连接到正电源VCC和负电源VEE。

具体地，如图1所示，第一乘法器A1的两个输入端分别接x信号和z信号，第一乘法器A1的输出端通过第一电阻R1连接到第一运算放大器U1的输出端，第一运算放大器U1的反相输入端通过第二电阻R2接-y信号，并通过第三电阻R3连接到第一运算放大器U1的输出端，第二运算放大器U2的反相输入端通过第四电阻R4连接到第一运算放大器U1的输出端，并通过第一电容C1连接到第二运算放大器U2的输出端，第一运算放大器U1和第二运算放大器U2的同相输入端均接地，第二运算放大器U2的输出端作为第一通道的输出端。

如图1所示，第二乘法器A2的两个输入端分别接x信号和z信号，第二乘法器A2的输出端通过第五电阻R5连接到第三运算放大器U3的反相输入端，第三乘法器A3的两个输入端分别接z信号和-y信号，第三乘法器A3的输出端通过第六电阻R6连接到第三运算放大器U3的反相输入端，第三运算放大器U3的输出端通过第七电阻R7连接到第三运算放大器U3的反相输入端，并通过第八电阻R8连接到第四运算放大器U4的反相输入端，第四运算放大器U4的输出端通过第九电阻R9连接到第五运算放大器U5的反相输入端，并通过第二电容C2连接到第四运算放大器U4的反相输入端，以及接y信号，第五运算放大器U5的输出端通过第十电阻R10连接到第五运算放大器U5的反相输入端，第三运算放大器U3、第四运算放大器U4和第五运算放大器U5的同相输入端均接地，第五运算放大器U5的输出端作为第二通道的输出端。

如图1所示，第四乘法器A4的两个输入端分别接y信号和x信号，第四乘法器A4的输出端通过第十一电阻R11连接到第六运算放大器U6的反相输入端，第六运算放大器U6的反相输入端通过第十二电阻R12连接到预设电源V1，并通过第十三电阻R13接z信号，第六运算放大器U6的输出端通过第十四电阻R14连接到第六运算放大器U6的反相输入端，并通过第十五电阻R15连接到第七运算放大器U7的反相输入端，第七运算放大器U7的输出端通过第十六电阻R16连接到第八运算放大器U8的反相输入端，并通过第三电容C3连接到第七运算放大器U7的反相输入端，以及接z信号，第八运算放大器U8的输出端通过第十七电阻R17连接到第八运算放大器U8的反相输入端，第六运算放大器U6、第七运算放大器U7和第八运算放大器U8的同相输入端均接地，第八运算放大器U8的输出端作为第三通道的输出端。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，第二运算放大器U2与第八运算放大器U8的输出端可分别与第一乘法器A1的两个输入端相连，同时第二运算放大器U2与第八运算放大器U8的输出端还可分别与第一二乘法器A2的两个输入端相连，并且第五运算放大器U5与第八运算放大器U8的输出端可分别与第三乘法器A3的两个输入端相连，另外第二运算放大器U2与第四运算放大器U4的输出端可分别与第四乘法器A4的两个输入端相连。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，第十二电阻R12连接到预设电源，即V1的正极，V1的负极接地。

在本发明的一个实施例中，正电源可为正12V直流电源，负电源可为负12V电源。

在本发明的一个实施例中，每个运算放大器的型号均可为TL084CD。

在本发明的一个实施例中，每个乘法器的型号均可为AD633。

在本发明的一个实施例中，第一电阻、第七电阻和第八电阻的阻值可为50kΩ，第二电阻和第三电阻的阻值均可为300kΩ，第四电阻、第五电阻、第六电阻、第九至第十七电阻的阻值均可为100kΩ。

在本发明的一个实施例中，第一至第三电容的容值均可为1nF。

在本发明的一个实施例中，根据图1所示的电路图，可得到电路的状态方程为：

其中，x、y、z分别为x信号、y信号、z信号，分别为对应x、y、z的导数。

进一步地，根据图1所示的电路图和上述电路的状态方程，可得到图2所示的x-y电压相位图、图3所示的y-z电压相位图、图4所示的x-z电压相位图，并且，上述三种电压相位图均为双涡旋吸引子结构，且具有不同的外表形态。

根据本发明实施例提出的三维混沌保密通信电路，通过第一至第三通道分别输出x信号、-y信号和z信号，其中，第一通道包括第一乘法器、第一运算放大器和第二运算放大器，第二通道包括第二乘法器、第三乘法器、第三运算放大器、第四运算放大器和第五运算放大器，第三通道包括第四乘法器、直流电源、第六运算放大器、第七运算放大器和第八运算放大器，并且每个运算放大器的两个电源端分别连接到正电源和负电源，由此，能够增加混沌区间的大小，并提高混沌区间的稳定性，从而丰富生成的相位图的多样性，此外，还对于教学演示和研究非线性电路的混沌现象具有较大的意义，并对保密通信的设计与研究具有较为重要的影响。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种三维混沌保密通信电路，其特征在于，包括第一至第三通道，所述第一至第三通道分别输出x信号、-y信号和z信号，其中，

所述第一通道包括第一乘法器、第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一乘法器的两个输入端分别接x信号和z信号，所述第一乘法器的输出端通过第一电阻连接到所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的反相输入端通过第二电阻接-y信号，并通过第三电阻连接到所述第一运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的反相输入端通过第四电阻连接到所述第一运算放大器的输出端，并通过第一电容连接到所述第二运算放大器的输出端，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的同相输入端均接地，所述第二运算放大器的输出端作为所述第一通道的输出端；

所述第二通道包括第二乘法器、第三乘法器、第三运算放大器、第四运算放大器和第五运算放大器，所述第二乘法器的两个输入端分别接x信号和z信号，所述第二乘法器的输出端通过第五电阻连接到所述第三运算放大器的反相输入端，所述第三乘法器的两个输入端分别接z信号和-y信号，所述第三乘法器的输出端通过第六电阻连接到所述第三运算放大器的反相输入端，所述第三运算放大器的输出端通过第七电阻连接到所述第三运算放大器的反相输入端，并通过第八电阻连接到所述第四运算放大器的反相输入端，所述第四运算放大器的输出端通过第九电阻连接到所述第五运算放大器的反相输入端，并通过第二电容连接到所述第四运算放大器的反相输入端，以及接y信号，所述第五运算放大器的输出端通过第十电阻连接到所述第五运算放大器的反相输入端，所述第三运算放大器、所述第四运算放大器和所述第五运算放大器的同相输入端均接地，所述第五运算放大器的输出端作为所述第二通道的输出端；

所述第三通道包括第四乘法器、直流电源、第六运算放大器、第七运算放大器和第八运算放大器，所述第四乘法器的两个输入端分别接y信号和x信号，所述第四乘法器的输出端通过第十一电阻连接到所述第六运算放大器的反相输入端，所述第六运算放大器的反相输入端通过第十二电阻连接到预设电源，并通过第十三电阻接z信号，所述第六运算放大器的输出端通过第十四电阻连接到所述第六运算放大器的反相输入端，并通过第十五电阻连接到所述第七运算放大器的反相输入端，所述第七运算放大器的输出端通过第十六电阻连接到所述第八运算放大器的反相输入端，并通过第三电容连接到所述第七运算放大器的反相输入端，以及接z信号，所述第八运算放大器的输出端通过第十七电阻连接到所述第八运算放大器的反相输入端，所述第六运算放大器、所述第七运算放大器和所述第八运算放大器的同相输入端均接地，所述第八运算放大器的输出端作为所述第三通道的输出端，

每个运算放大器的两个电源端分别连接到正电源和负电源。

2.根据权利要求1所述的三维混沌保密通信电路，其特征在于，所述正电源为正12V直流电源，所述负电源为负12V直流电源。

3.根据权利要求1所述的三维混沌保密通信电路，其特征在于，每个运算放大器的型号均为TL084CD。

4.根据权利要求1所述的三维混沌保密通信电路，其特征在于，每个乘法器的型号均为AD633。

5.根据权利要求1所述的三维混沌保密通信电路，其特征在于，所述第一电阻、所述第七电阻和所述第八电阻的阻值为50kΩ，所述第二电阻和所述第三电阻的阻值均为300kΩ，所述第四电阻、所述第五电阻、所述第六电阻、所述第九至第十七电阻的阻值均为100kΩ。

6.根据权利要求1所述的三维混沌保密通信电路，其特征在于，所述第一至第三电容的容值均为1nF。