基于忆阻元件的混沌电路动力学分析及其应用研究

论文摘要

忆阻器在1971年被蔡少棠教授提出后,忆容器和忆感器相继被提出。忆阻器、忆容器和忆感器具有非线性,统称为忆阻元件,这些元件可用于混沌电路的设计,该电路被称为忆阻混沌电路。忆阻混沌电路产生的混沌信号具有良好的伪随机性,可以应用到图像保密中。在此背景下,本学位论文重点研究新型忆阻混沌电路模型,及其在图像保密中的应用。主要工作及其贡献归纳如下:(1)新型忆阻混沌电路模型的设计在本文中,主要设计了两种忆阻混沌电路,第一种是用忆阻器和忆感器模型替换了经典蔡氏电路中的蔡氏二极管和线性电阻,构成了基于忆阻元件的改进型蔡氏混沌电路;第二种是仅用忆阻器、忆容器和忆感器三种忆阻元件进行并联,设计了基于忆阻元件的新型忆阻混沌电路。(2)新型忆阻混沌电路的动力学分析对于本文中设计好的两种忆阻混沌电路,利用忆阻元件自身特性以及基尔霍夫电流、电压定律列出系统方程。采用平衡点集、Lyapunov(李雅普诺夫)指数、吸引子图、庞加莱截面和分岔图分析了两种忆阻混沌电路的动力学行为,揭示了忆阻混沌电路产生的特殊的非线性物理现象,阐述其形成机理。(3)基于新型忆阻混沌电路的图像保密算法设计由于混沌电路具有良好的伪随机性、初值敏感特性和长期不可预测等特性,因此,混沌电路被广泛用于图像的加解密中。将本文设计的两种忆阻混沌电路与魔方置换思想相融合,应用到图像的加解密中,得到一种新的加解密算法,该算法主要分为图像的置乱和图像像素值改变两个步骤。接着对本文提出的图像加解密算法进行性能评估,数值仿真结果表明本文提出的基于混沌电路的魔方加解密算法有较好加解密性能。

论文目录

摘要

abstract

第一章绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外研究现状及进展

1.3.1 忆阻元件模型的国内外研究现状

1.3.2 忆阻混沌电路

1.3.3 混沌加解密的研究

1.4 本文主要工作

1.5 本文组织结构

第二章忆阻元件与混沌理论

2.1 忆阻元件基本理论

2.1.1 忆阻元件定义及分类

2.1.2 忆阻元件建模

2.1.3 忆阻元件应用领域

2.2 混沌基本理论

2.2.1 混沌定义

2.2.2 混沌基本特征及产生的必要条件

2.2.3 混沌理论分析方法及判断依据

2.2.4 经典混沌系统

2.3 混沌密码学

2.3.1 密码学简介

2.3.2 混沌系统与密码系统之间的映射

2.3.3 混沌加密应用

2.4 本章小结

第三章基于忆阻元件的改进型蔡氏电路研究

3.1 基于忆阻器和忆感器的改进型蔡氏电路设计

3.2 基于忆阻器和忆感器的改进型蔡氏电路理论分析

3.3 基于忆阻器和忆感器的改进型蔡氏电路数值仿真

3.3.1 随参数f变化的动力学行为

3.3.2 随状态变量x（0）变化的动力学行为

3.3.3 庞加莱截面分析

3.4 本章小结

第四章基于忆阻元件的新型忆阻混沌电路研究

4.1 新型忆阻混沌电路设计

4.2 新型忆阻混沌电路理论分析

4.3 新型忆阻混沌电路数值仿真

4.3.1 时域图分析

4.3.2 随参数变化时的动力学行为分析

4.3.3 随状态变量变化时的动力学分析

4.3.4 庞加莱截面分析

4.4 新型忆阻混沌电路的电路仿真

4.5 本章小结

第五章忆阻混沌电路在图像保密中的应用

5.1 图像加密性能指标

5.2 基于复合忆阻混沌电路的魔方加密算法

5.3 实验结果与分析

5.3.1 密钥敏感性分析

5.3.2 直方图分析

5.3.3 相关系数分析

5.3.4 信息熵分析

5.3.5 抗剪切攻击测试

5.4 本章小结

第六章总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马慧慧

导师: 于永斌

关键词: 忆阻元件,混沌电路,动力学分析,图像加解密

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 电子科技大学

基金: 国家自然科学基金(Grant No.61550110248)

分类号: TN60;O415.5;TP309.7

总页数: 86

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