基于FPGA和PSoC的混沌加解密系统基础研究

摘要

随着信息技术和计算机网络技术的快速发展，人们对通信安全的要求越来越苛刻，因而加解密技术也随之变得越来越重要。混沌加密技术是近几年发展很快的一种 技术，该技术依托于混沌系统对初值高度敏感和类随机、宽频带和长期不可预测等特点，因此，它特别适用于保密通信等领域。目前国外在混沌保密通信方面的研究较为成熟，而国内在该领域虽做了大量的研究工作，但大多数停留在软件层面上，存在着信息易被攻击和窃取等问题，而基于硬件层的加解密在专用硬件中进行，加解密信息存储在专用设备中。因此，相比于软件加密技术，硬件加密更安全、可靠。
　　针对软件加解密易被攻击、硬件加解密开发难度大的问题，本文在数字域和模拟域分别设计并实现了两种基于FPGA和PSoC的混沌保密通信方案。根据功能和应用，本文分三个系统进行介绍，如下所示:
　　(1)混沌加解密模拟系统。为验证加解密系统逻辑设计的合理性与可行性，首先在FPGA开发板中进行预实验。产生已知的数据后，经过时序分析和逻辑构建，并进行仿真验证和逻辑分析仪测试，加解密数据均正确，系统各路信号也保持同步，说明该设计方案具有可应用价值，于是，便在数字域和音频模拟域分别进行测试，实现了LED点阵和音频信号的加解密。
　　(2)数字域LED点阵加解密系统。采用Logistic混沌映射产生混沌信号，利用PSoC实现对三基色LED的显示控制，并采用FPGA完成了混沌信号的产生、系统同步及LED显示信息加解密等功能;
　　(3)音频模拟信号加解密系统。采用线性反馈移位寄存器产生8bit伪随机数，利用PSoC完成模/数、数/模转换，并采用FPGA实现了伪随机数产生、同步控制及音频信号加解密等功能。
　　最后，用逻辑分析仪、示波器、LabVIEW等测试仪器及上位机软件对上述三个系统均进行了性能测试及分析，结果表明，系统实现了LED点阵和音频加解密功能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的相关背景、目的及意义

1．1．1 混沌加解密技术概述

1．1．2 国内外研究现状

1．1．3 课题研究的目的及意义

1．2 本论文的构成摘要

1．3 小结

参考文献

第二章 混沌加解密系统的设计

2．1 混沌加解密模拟系统的构建

2．1．1 加解密系统方案设计

2．1．2 系统的时序分析

2．1．3 系统的逻辑构建

2．2 数字域LED点阵加解密系统设计

2．2．1 数字域系统工作原理

2．2．2 系统时序描述

2．3 音频模拟信号的加解密

2．3．1 音频模式下的功能描述

2．3．2 时序设计

2．3．3 系统的模块构成

2．4 小结

参考文献

第三章 加解密系统主要应用模块的开发

3．1 混沌加解密模拟系统功能模块

3．1．1 数据发生模块

3．1．2 基于PSoC的时钟发生模块

3．1．3 同步控制模块

3．1．4 加解密模块

3．2 数字域的LED点阵加解密系统

3．2．1 16×16三基色LED显示屏的硬件构成

3．2．2 LED显示控制原理

3．2．3 Logistic混沌信号发生器

3．2．4 输出切换模块

3．3 音频加解密系统功能模块

3．3．1 LFSR伪随机数发生模块

3．3．2 基于FPGA的时钟发生模块

3．3．3 ADC模块测试与分析

3．3．4 DAC模块测试与分析

3．3．5 ADC与DAC模块集成测试

3．4 小结

参考文献

第四章 系统集成及功能实现

4．1 混沌加解密模拟系统实现

4．2 数字域LED点阵加解密系统集成与实现

4．2．1 系统实现

4．2．2 系统集成及测试分析

4．3 音频加解密系统集成测试

4．3．1 系统集成与调试

4．3．2 系统实现

4．3．3 系统性能评估

4．4 小结

第五章 结论

5．1 本文的主要工作

5．2 研究中存在的不足

致谢

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