基于鲁棒混沌系统的语音加密算法研究.pdf

摘要

摘要

在当今数字化世界中，随着网络技术的不断进步和通信手段的广泛应用，语音

数据的安全传输已经成为信息安全领域的一个核心问题。语音通信不仅在日常生

活中发挥着重要作用，而且在商业、政府和军事等敏感领域也扮演着关键角色。因

此，确保语音数据在传输过程中免受窃听和窃取至关重要。本文针对传统混沌语音

加密方法所使用的混沌系统不具备鲁棒性、目前基于混沌系统的语音加密算法安

全性不足等问题展开研究。主要工作如下：

1.针对传统混沌语音加密所使用的混沌系统存在参数不连续、混沌退化、低

复杂度和混沌区间内存在周期窗口等问题，对Logistic和sine混沌映射进行了改

进，提出了一种新的混沌映射2D-LMSM，该混沌映射能够在广泛的参数范围内产

生鲁棒的混沌信号。基于2D-LMSM，提出了一种新的语音加密算法。该算法首先

对输入语音进行快速傅里叶变换(FFT)以获得实值和虚值，并利用混沌生成的伪随

机数进行单次不重复置乱加密和XOR扩散加密；接着，使用离散小波变换(DWT)

和2D-LMSM进行二次置乱加密；最后，通过离散小波逆变换(IDWT)和快速傅里

叶逆变换(IFFT)得到加密语音数据。实验结果表明，该加密算法具有良好的加解密

性能，保证了系统的安全性。

2.为了解决当前混沌语音加密技术中的多项挑战，如混沌系统的鲁棒性不足、

易发生混沌区间断裂和混沌退化等现象，本文设计了一种新的二维鲁棒混沌映射，

并将其应用于语音加密。利用分岔图、相图、李雅普诺夫指数、0-1测试等混沌分

析方法对所提混沌映射进行验证，证实了其在特定参数下展现出的卓越混沌行为

和鲁棒特征。在实际语音加密操作中，首先，利用混沌序列改变约瑟夫环的步长，

并利用其遍历序列对语音数据进行高效置乱加密，大幅提高了算法的抗干扰能力

和安全性。其次，对置乱加密过后的密文语音数据正逆向扩散加密，增强了语音抵

抗选择明文攻击的能力。

本文提出了两种鲁棒混沌系统，并分别基于所提混沌系统设计了两种基于鲁

棒混沌系统的语音加密算法，所提加密算法不仅能够有效抵抗传统的加密攻击手

段，如密码分析和暴力破解，还能在面对网络波动和环境噪声时保持加密数据的完

整性和机密性，为基于混沌系统的语音加密算法提供了一种新的视角。

关键词：语音加密；混沌系统；混沌密码学；鲁棒混沌；动态约瑟夫置乱

I

目录

目录

第1章绪论1

1.1研究背景与意义1

1.2国内外研究现状2

1.2.1混沌理论研究现状2

1.2.2语音加密的研究现状3

1.3论文的主要研究内容与创新工作4

1.4论文的组织结构与安排5

第2章混沌理论7

2.1混沌的定义7

2.1.1Li-Yorke混沌定义7

2.1.2Devaney混沌定义7

2.2混沌的特性8

2.2.1对初始条件的敏感依赖8

2.2.2分岔9

2.2.3长期行为的不可预测性9

2.2.4有界性9

2.2.5宽频谱的功率谱9

2.2.6普适性10

2.3混沌的判定10

2.3.1李雅普诺夫指数10

2.3.2庞加莱截面10

2.3.3相空间重构11