1.一种基于回声状态网络的增强混沌加密系统动力学特性的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)通过将两个混沌级联映射的方法构建增强的3‑D HICM级联混沌映射,用于生成性能更优的混沌序列;
(2)将步骤(1)得到的混沌序列输入回声状态网络ESN中进行训练后获得输出序列;
(3)将ESN输出序列处理后得到密钥组,利用密钥组依次对比特、星座图、子载波信息进行加密;
(4)用训练好的ESN得到相同的密钥组,在接收端接收到信号后,对信号进行解密;
所述步骤(1)实现过程如下:
Henon映射作为种子映射:
采用ICMIC混沌映射改进种子映射的性能:
xi+1=sin(c/xi)
扩展维度后,将Henon映射和ICMIC映射级联,形成3‑D HICM级联映射:其中,xi、yi、zi是混沌系统三个维度在i时刻的状态变量,xi+1、yi+1、zi+1是混沌系统三个维度在i+1时刻的状态变量,a和b是控制Honon混沌系统状态的控制变量,c是控制ICMIC混沌系统状态的控制变量。
2.根据权利要求1所述的基于回声状态网络的增强混沌加密系统动力学特性的方法,其特征在于,所述步骤(2)实现过程如下:ESN在训练过程中随机选择循环的权重,使隐藏状态捕获输入信息的演化历史状态,训练隐藏状态到输出状态的权值,其中隐藏层计算过程如下:in
ht+1=f(W ut+1+Wht)
in
其中,W 是输入权重矩阵,其从[‑ω,ω]取值范围均匀采样,ω为超参数;W是储备池权out重矩阵,输出权重矩阵W 采用正则化最小二乘法回归训练,缓解过拟合,输出表达式为:out
yt=g(W ht)
数据通过增强的3‑D HICM级联混沌系统后产生混沌序列(x,y,z),取其中的序列z用于给ESN的内部权重赋值,得到随机权重矩阵,然后经过ESN训练和预测得到增强输出序列(x',y',z')。
3.根据权利要求1所述的基于回声状态网络的增强混沌加密系统动力学特性的方法,其特征在于,所述步骤(3)实现过程如下:在回声状态网络输出三组输出序列(x',y',z')后,将网络预测序列处理后得到密钥组(X,Y,Z);在QAM映射前进行比特加密,原始数据经预处理得到二进制比特流发送数据,每个字符通过与密钥X进行按位异或运算来加密:其中,mod(·)表示取余函数,floor(·)表示向下取整函数;s是原始二进制比特流,S是加密后的二进制比特流;
经过上述加密处理后,X变成只有0和1的混沌序列,对未调制的原始二进制比特流进行加密,在第一层加密结束后,对星座中星座点相位进行加密:其中,θ为极坐标系下未加密星座点的角度,θ'为极坐标系下加密星座点的角度,Y成为一个只有0到360之间整数的混沌序列,用于随机旋转星座,实现星座图相位信息的加密;
OFDM信号的子载波与每个子载波上的符号的组合视为一个二维矩阵,二维矩阵的每一列表示每个子载波,其中每个元素表示相应子载波上的一个符号,根据密钥序列Z的元素排序来扰乱子载波顺序,从而完成对子载波进行加密。
4.根据权利要求1所述的基于回声状态网络的增强混沌加密系统动力学特性的方法,其特征在于,所述步骤(4)实现过程如下:对接收的信号进行子载波、星座图和比特的恢复还原,然后通过并串变换,输出原始数据,解密完成。