Для цитирования:
Исаева О. Б., Любченко Д. О. Сравнительный анализ схем скрытой коммуникации, основанных на генераторах со странным аттрактором гиперболического типа и со странным нехаотическим аттрактором // Известия вузов. ПНД. 2024. Т. 32, вып. 1. С. 31-41. DOI: 10.18500/0869-6632-003078, EDN: VEFEDZ
Сравнительный анализ схем скрытой коммуникации, основанных на генераторах со странным аттрактором гиперболического типа и со странным нехаотическим аттрактором
Цель работы состоит в анализе качественных особенностей процесса передачи информации посредством нескольких коммуникационных схем, основывающихся на синхронизации передатчика и приемника — двух генераторов сложного сигнала. В качестве таковых использованы генераторы гиперболического хаоса и генераторы со странным нехаотическим аттрактором. Проведены оценка и сравнение преимуществ и недостатков этих схем между собой и для ситуации коммуникации, использующей хаос негиперболического типа.
Методы. Для подтверждения сложности динамики используемых для коммуникации генераторов, проверки широкополосности, грубости и стохастического характера генерируемого сигнала анализировались спектры мощности и распределения локального старшего показателя Ляпунова. Для обеспечения конфиденциальности передачи информации использован метод нелинейного подмешивания сигнала к динамике генератора-передатчика. Поскольку выбранные для исследования модельные генераторы демонстрируют нетривиальную динамику для угловой переменной — сдвига фазы колебаний, — применено специальное фазовое подмешивание. В качестве передаваемой информации выбрано цифровое изображение. Визуальный контроль, производимый в процессе передачи, позволил осуществить качественный анализ успешности кодирования сигнала и его детектирования приемником.
Результаты. Проиллюстрированы успешные передача и декодирование информации для всех рассматриваемых схем коммуникации в случае идентичных приемника и передатчика. При расстройке параметров этих генераторов из-за потери полной синхронизации отделение информационного сигнала от хаотической/сложной несущей становится затруднительным. Причем в случае хаоса негиперболического типа расстройка параметра, отвечающего за амплитуду генерации, приводит к не очень удовлетворительному детектированию, расстройка же частоты генерации приводит к абсолютной невозможности детектирования. Схемы с гиперболическим хаосом и странной нехаотической динамикой дают гораздо лучшие результаты. Значительно улучшить выделение информации в этих двух случаях помогает учет грубости обобщенной синхронизации.
Заключение. Грубые хаотические и сложные нехаотические генераторы имеют значительные преимущества для систем связи по сравнению с хаотическими генераторами негиперболического типа.
- Дмитриев А. С., Панас А. И. Динамический хаос: Новые носители информации для систем связи. М.: Физматлит, 2002. 252 с.
- Короновский А. А., Москаленко О. И., Храмов А. Е. О применении хаотической синхронизации для скрытой передачи информации // Успехи физических наук. 2009. Т. 179, № 12. С. 1281–1310. DOI: 10.3367/UFNr.0179.200912c.1281.
- Пиковский А., Розенблюм М., Куртс Ю. Синхронизация: Фундаментальное нелинейное явление. М.: Техносфера, 2003. 496 с.
- Prokhorov M. D., Ponomarenko V. I., Kulminskiy D. D., Koronovskii A. A., Moskalenko O. I., Hramov A. E. Resistant to noise chaotic communication scheme exploiting the regime of generalized synchronization // Nonlinear Dynamics. 2017. Vol. 87, no. 3. P. 2039–2050. DOI: 10.1007/s11071-016-3174-6.
- Kuznetsov S. P. Example of a physical system with a hyperbolic attractor of the Smale-Williams type // Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 95, no. 14. P. 144101. DOI: 10.1103/PhysRevLett.95.144101.
- Жалнин А.Ю., Кузнецов С. П. О возможности реализации в физической системе странного нехаотического аттрактора Ханта и Отта // Журнал технической физики. 2007. Т. 77, № 4. С. 10–18.
- Кузнецов С. П. Динамический хаос и гиперболические аттракторы: От математики к физике. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2013. 488 с.
- Купцов П. В., Кузнецов С. П. О феноменах, сопровождающих переход к режиму синхронного хаоса в связанных неавтономных осцилляторах, представленных уравнениями для комплексных амплитуд // Нелинейная динамика. 2006. Т. 2, № 3. С. 307–331. DOI: 10.20537/nd0603005.
- Пиковский А. С. Синхронизация осцилляторов с гиперболическими хаотическими фазами // Известия вузов. ПНД. 2021. Т. 29, № 1. С. 78–87. DOI: 10.18500/0869-6632-2021-29-1-78-87.
- Isaeva O. B., Jalnine A. Y., Kuznetsov S. P. Chaotic communication with robust hyperbolic transmitter and receiver // In: 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS). 22-25 May 2017, St. Petersburg, Russia. IEEE, 2017. P. 3129–3136. DOI: 10.1109/PIERS. 2017.8262295.
- Feudel U., Kuznetsov S., Pikovsky A. Strange Nonchaotic Attractors: Dynamics between Order and Chaos in Quasiperiodically Forced Systems. Singapore: World Scientific, 2006. 228 p. DOI: 10.1142/6006.
- Ramaswamy R. Synchronization of strange nonchaotic attractors // Phys. Rev. E. 1997. Vol. 56, no. 6. P. 7294–7296. DOI: 10.1103/PhysRevE.56.7294.
- Zhou C.-S., Chen T.-L. Robust communication via synchronization between nonchaotic strange attractors // Europhys. Lett. 1997. Vol. 38, no. 4. P. 261–265. DOI: 10.1209/epl/i1997-00235-7.
- Rizwana R., Raja Mohamed I. Applicability of strange nonchaotic Wien-bridge oscillators for secure communication // Pramana. 2018. Vol. 91, no. 1. P. 10. DOI: 10.1007/s12043-018-1582-5.
- Волковский А. Р., Рульков Н. В. Синхронный хаотический отклик нелинейной колебательной системы как принцип детектирования информационной компоненты хаоса // Письма в ЖТФ. 1993. Т. 19, № 3. С. 71–75.
- Behnia S., Akhshani A., Mahmodi H., Akhavan A. A novel algorithm for image encryption based on mixture of chaotic maps // Chaos, Solitons & Fractals. 2008. Vol. 35, no. 2. P. 408–419. DOI: 10.1016/j.chaos.2006.05.011.
- Жалнин А.Ю. Новая схема передачи информации на основе фазовой модуляции несущего хаотического сигнала // Известия вузов. ПНД. 2014. Т. 22, № 5. С. 3–12. DOI: 10.18500/0869- 6632-2014-22-5-3-12.
- 323 просмотра