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JP2000049771A - Synchronization device of chaos system and privacy communication system using the same - Google Patents

Synchronization device of chaos system and privacy communication system using the same

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Publication number
JP2000049771A
JP2000049771A JP10184209A JP18420998A JP2000049771A JP 2000049771 A JP2000049771 A JP 2000049771A JP 10184209 A JP10184209 A JP 10184209A JP 18420998 A JP18420998 A JP 18420998A JP 2000049771 A JP2000049771 A JP 2000049771A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
chaotic
signal
main
chaos
external
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10184209A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shichibin Kin
七 敏 金
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ANAM INFORMATION TECHNOLOGY CO
Original Assignee
ANAM INFORMATION TECHNOLOGY CO
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ANAM INFORMATION TECHNOLOGY CO filed Critical ANAM INFORMATION TECHNOLOGY CO
Priority to JP10184209A priority Critical patent/JP2000049771A/en
Publication of JP2000049771A publication Critical patent/JP2000049771A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the synchronization device for a chaos system for synchronizing the main chaos device and subordinate chaos device of the same constitution for generating chaos signals by respectively impressing external signals provided with noise or chaos characteristics to the main chaos device and the subordinate chaos device as control signals and a privacy communication system using it. SOLUTION: This synchronization device synchronizes a main chaos device 30 and a subordinate chaos device 40, by respectively impressing the external signals provided with the noise or the chaos characteristics to the at least one state variable of the main chaos device 30 and the state variable of the subordinate chaos device 40 corresponding to it, modulating them and feeding them back to the main chaos device 30 and the subordinate chaos device 40. The mutually corresponding respective state variables of the main chaos device 30 and the subordinate chaos device 40 are synchronized by matching time spatial change with each other, and at this time, the chaos signals of the main chaos device 30 and the subordinate chaos device 40 form unique time space attraction which is completely different from chaos attraction initially provided in the chaos device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は混沌(カオス;chao
s)特性を有する信号(以下、‘混沌信号’という)を
発生する構成が同一である複数の混沌装置でなったシス
テム(以下、‘混沌システム’という)において、雑音
又は混沌特性を有する外部信号(以下、‘外部混沌信
号’という)に応じて混沌装置を同期化させて、混沌装
置が互いに同じに変化する混沌信号を発生するようにす
る混沌システムの同期化装置及びこの同期化装置を用い
る通信システムに関するものである。
The present invention relates to chaos (chaos).
s) In a system composed of a plurality of chaotic devices having the same configuration for generating a signal having a characteristic (hereinafter, referred to as a “chaotic signal”) (hereinafter, referred to as a “chaotic system”), an external signal having noise or chaotic characteristics Synchronize the chaotic devices according to the “external chaotic signal” (hereinafter referred to as “external chaotic signal”), and use the synchronizing device of the chaotic system so that the chaotic devices generate chaotic signals that change in the same manner. The present invention relates to a communication system.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、混沌に対する関心が集中するにつ
れて、混沌理論(Chaos Theory)を用いて産業の各分野
に極力適用しようとする研究が活発に進行している。混
沌とは周知のように非線形システムで発生する複雑な物
理的現象の一つであり、同一構成を有する二つの混沌シ
ステムは初期条件が極めて少しだけ異なっても、時間の
経過によって全く相違した様相を表す。このような混沌
システムは時間の経過によって非周期的な、全く予測し
得ない特性を有し、“バタフライ効果(Butterfly effe
ct)”とも呼ぶ混沌システムが初期条件に敏感に反応す
る特性を有する。混沌システムにおいて、混沌現象を制
御するためには混沌システムの同期化が必要であり、こ
の際に、同期化は一つの混沌システムの状態変数と他の
混沌システムの状態変数が同一に変化するか同一になる
ようにすることである。
2. Description of the Related Art Recently, as interest in chaos has been concentrated, research has been actively conducted to apply chaos theory to various fields of industry as much as possible. As is well known, chaos is one of the complex physical phenomena that occurs in nonlinear systems, and two chaotic systems with the same configuration are completely different over time, even if the initial conditions are very slightly different. Represents Such chaotic systems have an aperiodic, completely unpredictable characteristic over time, the "Butterfly effect".
ct) ”has the property that it is sensitive to initial conditions. In a chaotic system, the synchronization of the chaotic system is necessary to control the chaotic phenomenon. To make the state variables of a chaotic system and the state variables of other chaotic systems change or become identical.

【0003】しかし、混沌システムの同期化は従来の一
般の方法によってはなされない。したがって、最近、非
線形混沌システムを同期化するための様々の方法が提案
され開発された。また、混沌システム及び混沌システム
の同期化技術を特に秘密通信に適用しようとする研究が
活発に進行している。
[0003] However, synchronization of chaotic systems is not achieved by conventional general methods. Therefore, recently various methods for synchronizing nonlinear chaotic systems have been proposed and developed. In addition, researches for applying the chaotic system and the synchronization technology of the chaotic system to secret communication in particular are being actively conducted.

【0004】混沌システムを同期化させる従来の技術は
ペコラとカロル(L.M.PecoraとT.L.Carroll)により
“混沌システムの同期化(Synchronizing in Chaotic S
ystem)”との題目として1990年物理学界の論文誌
(PHYSICAL REVIEW LETTERS, Vol.4 No.8, p821)に発
表され、かつ同一人により1991年IEEE論文誌
(IEEE TRANSACTION CIRCUIT AND SUSTEM, p453 Apr.19
91)に“混沌回路の同期化(Synchronizing Chaotic Ci
rcuits)”との題目として発表された。前記論文には二
つの混沌システムを同期化させる理論と同期化を実現す
る回路が記述されている。そして、ペコラとカロルの米
国特許第5,245,660号にも同期化技術が詳細に
開示されている。
Conventional techniques for synchronizing chaotic systems are described by Pecora and Carol (LMPecora and TLCarroll) as “Synchronizing in Chaotic S
ystem) ”, published in Physics Review Letters, Vol.4 No.8, p821 in 1990, and published by the same person in IEEE 1991 (IEEE TRANSACTION CIRCUIT AND SUSTEM, p453 Apr). .19
91) “Synchronizing Chaotic Ci
The paper describes the theory of synchronizing two chaotic systems and a circuit that achieves synchronization. US Pat. No. 5,245, Pecola and Karol No. 660 also discloses the synchronization technique in detail.

【0005】図19は米国特許第5,245,660号
に開示されたペコラとカロルの同期化技術を示す。同図
に示すように、主混沌システム1は駆動信号発生器であ
る第1サブシステム2と第2サブシステム3に分割さ
れ、新たなサブシステム3’が主混沌システム1にリン
クされている。サブシステム3’は第2サブシステム3
と同構成を有し、従属混沌システム1’で応答サブシス
テムを構成する。この際に、主混沌システムと従属混沌
システムは結合して全体の混沌システムを形成すること
になる。第1サブシステム2の駆動出力信号(X4)
は、状態変数(X1、X2、X3)を有する第2サブシ
ステム3と状態変数(X1、X2、X3)に対応する状
態変数(X’1、X’2、X’3)を有する応答サブシ
ステム3’を同期化させるため、第2サブシステム3と
応答サブシステム3’にそれぞれ伝達される。その結
果、従属混沌システム1’の状態変数(X’1、X’
2、X’3、X4)と主混沌システム1の状態変数(X
1、X2、X3、X4)は相互同期化される。要約する
と、ペコラとカロルの米国特許第5,245,660号
は、主混沌システムと従属混沌システムを同期化させる
ため、従属混沌システムの一つの変数を主混沌システム
の一つの変数で代替する同期化方法を提示している。
FIG. 19 shows a technique for synchronizing pecora and carol disclosed in US Pat. No. 5,245,660. As shown in the figure, the main chaotic system 1 is divided into a first subsystem 2 and a second subsystem 3 which are drive signal generators, and a new subsystem 3 ′ is linked to the main chaotic system 1. Subsystem 3 'is the second subsystem 3
And a response subsystem is composed of the subordinate chaotic system 1 ′. At this time, the main chaotic system and the subordinate chaotic system combine to form the entire chaotic system. Drive output signal of first subsystem 2 (X4)
Is a second subsystem 3 having state variables (X1, X2, X3) and a response subsystem having state variables (X'1, X'2, X'3) corresponding to the state variables (X1, X2, X3). In order to synchronize the system 3 ', it is transmitted to the second subsystem 3 and the response subsystem 3', respectively. As a result, the state variables (X′1, X ′) of the subordinate chaotic system 1 ′
2, X'3, X4) and the state variables (X
1, X2, X3, X4) are mutually synchronized. In summary, U.S. Pat. No. 5,245,660 to Pecora and Karol describes a synchronization in which one variable of a subordinate chaotic system is replaced by one variable of a main chaotic system in order to synchronize the main and subordinate chaotic systems. Is presented.

【0006】一方、混沌システムの同期化技術は秘密通
信、光学及び非線形ダイナミックモデリングなどに適用
できる。その中でも、特に通信分野で混沌システムの同
期化技術により第3者から通信内容を保護するための秘
密通信に対する研究が進行されている。クオモ(Cuom
o)とオッペンハイム(Oppenheim)の米国特許第5,2
91,555号にはペコラとカロルの前記同期化技術を
適用した秘密通信システムが詳細に開示されている。
On the other hand, the synchronization technique of the chaotic system can be applied to secret communication, optical and nonlinear dynamic modeling. In particular, in the communication field, research on secret communication for protecting communication contents from a third party by a synchronization technique of a chaotic system is in progress. Cuomo
o) and Oppenheim US Patent No. 5,2
No. 91,555 discloses in detail a secret communication system to which the synchronization technique of Pecora and Carol is applied.

【0007】図20は米国特許第5,291,555号
に開示されたクオモとオッペンハイムの秘密通信システ
ムを示す。同図に示すように、通信システムは、混沌駆
動信号(u(t))を発生させる駆動信号発生器12及
び伝送信号を形成するために混沌駆動信号(u(t))
に情報信号(m(t))を付加する加算器14でなった
送信機10と、受信信号(m(t)+u(t))から駆
動信号(u’(t))を再生させる駆動信号再生器22
及び受信信号(u(t)+m(t))から情報信号
(m’(t))を検出するために再生駆動信号(u’
(t))を減算する減算器24でなった受信機20とか
ら構成されている。
FIG. 20 shows a secret communication system between Kuomo and Oppenheim disclosed in US Pat. No. 5,291,555. As shown in the figure, the communication system includes a driving signal generator 12 for generating a chaotic driving signal (u (t)) and a chaotic driving signal (u (t)) for forming a transmission signal.
And a drive signal for reproducing a drive signal (u ′ (t)) from a received signal (m (t) + u (t)). Regenerator 22
And the reproduction drive signal (u ′) for detecting the information signal (m ′ (t)) from the received signal (u (t) + m (t)).
(T)) and a receiver 20 comprising a subtractor 24 for subtracting (t)).

【0008】しかし、前述したペコラとカロルの同期化
技術は、主混沌システムと従属混沌システム間のパラメ
ータがどのくらい相違することにもかかわらず、二つの
混沌システムを同期化させるため、駆動信号が何の変換
もなく応答サブシステムに入力されるため、全体の混沌
システムで簡単に同期化される傾向がある。換言する
と、応答サブシステムがペコラとカロルが提示したリヤ
プノフ指数(Lyapunov Exponents)がすべて負数である
同期化条件だけ満足すると、応答サブシステムを構成す
る回路素子のパラメータ値が、例えば20%程度変わる
としても全体の混沌システムを簡単に同期化できる。し
たがって、ペコラとカロルの同期化技術を採用したクオ
モとオッペンハイムの従来の秘密通信システムにおいて
も、強い同期化傾向によって通信システムを再構成する
ことが相対的に容易であるため、情報信号が簡単に漏出
する可能性が高いという欠点がある。
[0008] However, the technique for synchronizing Pecora and Karol described above synchronizes the two chaotic systems regardless of how much the parameters differ between the main chaotic system and the subordinate chaotic system. Input to the response subsystem without conversion, and tends to be easily synchronized in the entire chaotic system. In other words, if the response subsystem satisfies only the synchronization condition in which the Lyapunov Exponents presented by Pecora and Karol are all negative numbers, the parameter values of the circuit elements constituting the response subsystem are changed by, for example, about 20%. Even the whole chaotic system can be easily synchronized. Therefore, even in the conventional secret communication systems of Kuomo and Oppenheim that employ the technique of synchronizing Pecora and Karol, it is relatively easy to reconfigure the communication system due to the strong synchronization tendency, so that the information signal is simple. There is a disadvantage that the possibility of leakage is high.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
前述した欠点を解決するために案出されたもので、本発
明の第1目的は制御信号として雑音又は混沌特性を有す
る外部信号を主混沌装置と従属混沌装置にそれぞれ印加
して混沌信号を発生する同一構成の主混沌装置と従属混
沌装置を同期化させる混沌システムの同期化装置を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been devised to solve the above-mentioned disadvantages, and a first object of the present invention is to use an external signal having noise or chaotic characteristics as a control signal as a main chaotic signal. It is an object of the present invention to provide a synchronizing device for a chaotic system that synchronizes a main chaos device and a subordinate chaos device having the same configuration to generate a chaotic signal by applying the chaos signal to the device and the subordinate chaos device.

【0010】本発明の第2目的は混沌システムの同期化
装置を用いる秘密通信システムを提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a secret communication system using a synchronization device for a chaotic system.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記第1目的を達成する
ために、本発明による混沌システムの同期化装置は、状
態変数が相互関数関係を有する混沌信号を発生する主混
沌装置と、前記主混沌装置と同じに構成され、前記主混
沌装置が発生する混沌信号に対応する混沌信号を発生す
る従属混沌装置とからなる混沌システムにおいて、前記
主混沌装置の少なくとも一つ以上の状態変数と雑音又は
混沌特性を有する外部信号を受信し、前記外部信号によ
って前記主混沌装置の状態変数を変調し、前記外部信号
によって変調された状態変数を前記主混沌装置にフィー
ドバックする第1同期化手段と、前記主混沌装置の少な
くとも一つ以上の状態変数に対応する前記従属混沌装置
の少なくとも一つ以上の状態変数と前記第1同期化手段
に印加される前記外部信号を受信し、前記外部信号によ
って前記従属混沌装置の状態変数を変調し、前記外部信
号によって変調された状態変数を前記従属混沌装置にフ
ィードバックする第2同期化手段とから構成されること
を特徴とする。
To achieve the first object, a synchronizing device for a chaotic system according to the present invention comprises: a main chaotic device for generating a chaotic signal whose state variables have a mutual functional relationship; In a chaotic system that is configured the same as the chaotic device and includes a subordinate chaotic device that generates a chaotic signal corresponding to the chaotic signal generated by the main chaotic device, at least one or more state variables of the main chaotic device and noise or A first synchronization unit that receives an external signal having chaotic characteristics, modulates a state variable of the main chaotic device with the external signal, and feeds back a state variable modulated by the external signal to the main chaotic device; At least one or more state variables of the subordinate chaotic device corresponding to at least one or more state variables of the main chaotic device and the at least one state variable applied to the first synchronization means; A second synchronization unit that receives the external signal, modulates the state variable of the slave chaos by the external signal, and feeds back the state variable modulated by the external signal to the slave chaos. Features.

【0012】前記第2目的を達成するため、本発明の混
沌システムの同期化装置を用いる秘密通信システムは、
状態変数が相互関数関係を有する混沌信号を発生する主
混沌装置を備える送信機と、前記主混沌装置と同じに構
成され、前記主混沌装置が発生する混沌信号に対応する
混沌信号を発生する従属混沌装置を備える受信機とから
なり、前記送信機の情報信号を所定の伝送媒体を介して
前記受信機に伝達する秘密通信システムにおいて、前記
送信機は、前記主混沌装置の少なくとも一つ以上の状態
変数と雑音又は混沌特性を有する外部信号を受信し、前
記外部信号によって前記主混沌装置の状態変数を変調
し、前記外部信号によって変調された状態変数を前記主
混沌装置にフィードバックする第1同期化手段と、暗号
信号を発生するため情報信号を主混沌装置の混沌信号に
付加する加算器とから構成され、前記受信機は、前記主
混沌装置の少なくとも一つ以上の状態変数に対応する前
記従属混沌装置の少なくとも一つ以上の状態変数と前記
送信機の前記第1同期化手段に印加される前記外部信号
を受信し、前記外部混沌信号によって前記従属混沌装置
の状態変数を変調し、前記外部混沌信号によって変調さ
れた状態変数を前記従属混沌装置にフィードバックする
第2同期化手段と、前記情報信号を復元するため、前記
送信機の加算器から受信される暗号信号から前記主混沌
装置の混沌信号と同期化される前記従属混沌装置の混沌
信号を除去する減算器とから構成されることを特徴とす
る。
In order to achieve the second object, a secret communication system using the chaotic system synchronization device of the present invention comprises:
A transmitter including a main chaotic device that generates a chaotic signal whose state variables have a mutual functional relationship, and a subordinate configured to be the same as the main chaotic device and generating a chaotic signal corresponding to the chaotic signal generated by the main chaotic device. In a secret communication system comprising a receiver having a chaotic device and transmitting an information signal of the transmitter to the receiver via a predetermined transmission medium, the transmitter is configured to include at least one of the main chaotic devices. A first synchronization for receiving a state variable and an external signal having noise or chaotic characteristics, modulating the state variable of the main chaotic device with the external signal, and feeding back the state variable modulated by the external signal to the main chaotic device; Encoding means, and an adder for adding an information signal to the chaotic signal of the main chaotic device to generate a cryptographic signal, wherein the receiver includes at least the main chaotic device. Receiving at least one or more state variables of the dependent chaotic device corresponding to one or more state variables and the external signal applied to the first synchronization means of the transmitter, and receiving the dependent signal by the external chaotic signal; Second synchronization means for modulating a state variable of the chaotic device and feeding back a state variable modulated by the external chaotic signal to the subordinate chaotic device, and receiving from the adder of the transmitter to recover the information signal And a subtractor for removing a chaotic signal of the slave chaotic device synchronized with the chaotic signal of the master chaotic device from the encrypted signal to be obtained.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好ましい実施形態について詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0014】一般に、混沌システムの数学的モデルは差
分方程式で表現されるシステムと微分方程式で表現され
るシステムに区分される。微分方程式のシステムとして
は、ローレンツ(Lorentz)システム、ロスラー(Rossl
er)システム、及びダッフィング(Duffing)などが広
く知られており、差分方程式のシステムとしては、ロジ
スティックマップ(Logistic map)などが広く知られて
いる。
Generally, a mathematical model of a chaotic system is divided into a system represented by a difference equation and a system represented by a differential equation. Lorentz system, Rossl (Rossl)
er) system and Duffing are widely known, and as a system of difference equations, a logistic map is widely known.

【0015】このような混沌システムは状態変数(Stat
e Variable)により関数式で表現され、このような状態
変数は混沌システムにおいて主回路を具現するために使
用される。このように状態変数により表現される任意の
混沌システムに対応するハードウェア的な回路構成は当
業者に容易なものである。例えば、周知のローレンツシ
ステムは下記の数式1のように表され、このような式を
演算増幅器を用いる積分器、加算器及び減算器で具現し
た回路がクオモとオッペンハイムの米国特許第5,29
1,555号に開示されている。
[0015] Such a chaotic system is a state variable (Stat
e Variable), and these state variables are used to implement the main circuit in a chaotic system. Thus, a hardware circuit configuration corresponding to an arbitrary chaotic system represented by a state variable is easy for those skilled in the art. For example, a well-known Lorentz system is represented by the following Equation 1, and a circuit that implements such an equation using an integrator, an adder and a subtractor using an operational amplifier is disclosed in U.S. Pat. No. 5,29 to Kuomo and Oppenheim.
No. 1,555.

【0016】[0016]

【数1】 また、ロスラーシステム及び変形されたダッフィングシ
ステムに対応する回路はペコラとカロルのほかの米国特
許第5,402,334号に詳細に開示されており、ロ
ジスティックマップを用いた暗号化技術は米国特許第
5,048,086号に開示されている。
(Equation 1) Circuits corresponding to the Rosler system and the modified duffing system are disclosed in detail in U.S. Pat. No. 5,402,334 to Pecora and Karol, and encryption technology using a logistic map is disclosed in U.S. Pat. It is disclosed in Japanese Patent No. 5,048,086.

【0017】図1に示すように、主混沌装置30はn次
元の状態変数x(t)、y(t)、z(t)、…として
与えられ、主混沌装置30と同一構成を有する従属混沌
装置40も主混沌装置30のn次元の状態変数x
(t)、y(t)、z(t)、…に対応するn次元の状
態変数x’(t)、y’(t)、z’(t)、…として
与えられる。本発明によると、主混沌装置の状態変数の
うち、任意の少なくとも一つの状態変数とこれに対応す
る従属混沌装置の状態変数に同じ外部混沌信号(g
(t))を印加して主混沌装置30と従属混沌装置40
の状態変数を変調して各々の主混沌装置30と従属混沌
装置40にフィードバックさせることで、二つの混沌装
置が同期化される。
As shown in FIG. 1, the main chaotic device 30 is given as n-dimensional state variables x (t), y (t), z (t),. The chaotic device 40 is also the n-dimensional state variable x of the main chaotic device 30
Are given as n-dimensional state variables x '(t), y' (t), z '(t), ... corresponding to (t), y (t), z (t), .... According to the present invention, the same external chaotic signal (g) is assigned to at least one of the state variables of the main chaotic device and the corresponding state variable of the subordinate chaotic device.
(T)) to apply the master chaos 30 and the slave chaos 40
Is modulated and fed back to each of the master chaos 30 and the slave chaos 40 to synchronize the two chaos.

【0018】図1に示すように、同じ二つの混沌装置が
全体の混沌システムを形成する。この際に、一つの混沌
装置が主混沌装置30であり、ほかの混沌装置が従属混
沌装置40である。そして、主混沌装置30と従属混沌
装置40とを同期化させるための装置が第1同期化部5
0と第2同期化部60である。
As shown in FIG. 1, the same two chaotic devices form the entire chaotic system. At this time, one chaotic device is the main chaotic device 30 and another chaotic device is the subordinate chaotic device 40. Then, a device for synchronizing the main chaos device 30 and the subordinate chaos device 40 is the first synchronization unit 5.
0 and the second synchronization unit 60.

【0019】第1同期化部50は、主混沌装置30と従
属混沌装置40とを同期化させるため、外部混沌信号
(g(t))を第1スケーリング係数(α)でスケーリ
ングする第1スケーラー52と、第1スケーラー52に
よりスケーリングされた外部混沌信号(αg(t))か
ら主混沌装置30の任意の一つの状態変数値、例えばx
(t)を減算する減算器54と、減算器54の出力信号
(αg(t)−x(t))を再度第2スケーリング係数
(β)でスケーリングする第2スケーラー56と、第2
スケーラー56の出力信号(f(t)=β[αg(t)
−x(t)])に前記状態変数値(x(t))を加算し
主混沌装置30にフィードバックする加算器58とから
構成される。
The first synchronizer 50 synchronizes the main chaotic device 30 and the subordinate chaotic device 40 with a first scaler that scales the external chaotic signal (g (t)) by a first scaling factor (α). 52 and any one state variable value of the main chaotic device 30, for example, x, from the external chaotic signal (αg (t)) scaled by the first scaler 52.
A subtracter 54 for subtracting (t), a second scaler 56 for again scaling the output signal (αg (t) −x (t)) of the subtractor 54 by the second scaling coefficient (β), and a second scaler 56.
The output signal of the scaler 56 (f (t) = β [αg (t)
−x (t)]) and the adder 58 that adds the state variable value (x (t)) to the main chaotic device 30 and feeds back the result to the main chaotic device 30.

【0020】一方、第2同期化部60にも第1同期化部
50に印加される外部混沌信号(g(t))が印加さ
れ、第2同期化部60は、主混沌装置30と従属混沌装
置40を同期化させるため、外部混沌信号(g(t))
を第1同期化部50の第1スケーリング係数と同じ第1
スケーリング係数(α)でスケーリングする第1スケー
ラー62と、第1スケーラー62でスケーリングされた
外部混沌信号(αg(t))から主混沌装置30が状態
変数値(x(t))に対応する従属混沌装置40の状態
変数値(x’(t))を減算する減算器64と、減算器
64の出力信号(αg(t)−x’(t))を再度第2
スケーリング係数(β)でスケーリングする第2スケー
ラー66と、第2スケーラー66の出力信号(f’
(t)=β[αg(t)−x’(t)])と前記状態変
数値(x’(t))を加算し従属混沌装置40にフィー
ドバックする加算器68とから構成される。
On the other hand, an external chaotic signal (g (t)) applied to the first synchronization unit 50 is also applied to the second synchronization unit 60, and the second synchronization unit 60 is External chaotic signal (g (t)) to synchronize chaotic device 40
Is the same as the first scaling factor of the first synchronization unit 50.
A first scaler 62 that scales by a scaling factor (α), and a main chaotic device 30 from the external chaotic signal (αg (t)) scaled by the first scaler 62 determines a subordinate corresponding to the state variable value (x (t)). A subtractor 64 for subtracting the state variable value (x ′ (t)) of the chaotic device 40 and an output signal (αg (t) −x ′ (t)) of the subtractor 64 are again converted to a second signal.
A second scaler 66 for scaling by a scaling factor (β), and an output signal (f ′) of the second scaler 66
(T) = β [αg (t) −x ′ (t)]) and the adder 68 that adds the state variable value (x ′ (t)) and feeds it back to the subordinate chaotic device 40.

【0021】一般に、混沌装置は初期条件に非常に敏感
であるため、仮に二つの混沌装置30、40が互いに同
期化されなくそれぞれ動作すると、時間の経過によって
主混沌装置30が発生する状態変数の軌跡と従属混沌装
置40が発生する状態変数の軌跡は全く相違する。すな
わち、図1に示す主混沌装置30と従属混沌装置40に
第1同期化部50と第2同期化部60がなければ、二つ
の混沌装置30、40の相互対応する状態変数がすべて
相違した軌跡で動くことになる。したがって、前記構成
を有する第1同期化部50と第2同期化部60をそれぞ
れ主混沌装置30と従属混沌装置40に連結して二つの
混沌装置30、40を同期化させると、二つの混沌装置
30、40は同期化されて同一軌跡を有することにな
る。これにより、主混沌装置30と従属混沌装置40の
対応状態変数x(t)とx’(t)、y(t)とy’
(t)、z(t)とz’(t)、…は同一軌跡に沿って
動くことになる。
In general, since the chaotic device is very sensitive to the initial conditions, if the two chaotic devices 30 and 40 operate without being synchronized with each other, the state variables generated by the main chaotic device 30 with the passage of time will be described. The trajectory and the trajectory of the state variable generated by the subordinate chaos device 40 are completely different. That is, if the first and second synchronization units 50 and 60 are not provided in the master chaos device 30 and the slave chaos device 40 shown in FIG. 1, all the corresponding state variables of the two chaos devices 30 and 40 are different. You will move on the trajectory. Therefore, when the first and second synchronizers 50 and 60 having the above-described configurations are connected to the main chaotic device 30 and the subordinate chaotic device 40, respectively, and the two chaotic devices 30 and 40 are synchronized, two chaotic devices 30 and 40 are obtained. The devices 30, 40 will be synchronized to have the same trajectory. Thereby, the corresponding state variables x (t) and x ′ (t), y (t) and y ′ of the main chaotic device 30 and the subordinate chaotic device 40 are obtained.
(T), z (t) and z '(t), ... move along the same trajectory.

【0022】このように、本発明による第1同期化部5
0及び第2同期化部60により主混沌装置30と従属混
沌装置40が同期化されると、x(t)=x’(t)と
なり、y(t)=y’(t)となり、z(t)=z’
(t)、…となる。すなわち、主混沌装置30のすべて
の状態変数値と従属混沌装置40のすべての状態変数値
が同じになる。このような混沌システムの同期化技法を
数式で表現するため、同期化させる状態変数を主混沌装
置30においてはx(t)とし、従属混沌装置40にお
いては主混沌装置の変数に対応する状態変数であるx’
(t)とし、これに作用する外部混沌信号をg(t)と
すると、主混沌装置30にフィードバックされる信号は
f(t)=β(αg(t)−x(t))となり、従属混
沌装置40にフィードバックされる信号はf’(t)=
β(αg(t)−x’(t))となる。フィードバック
信号が二つの混沌装置の各状態変数に加わると、結局主
混沌装置30においてはx(t)=x(t)+f(t)
となり、従属混沌装置40においてはx’(t)=x’
(t)+f’(t)となる。このような方法で二つの混
沌装置を互いに同期化させることが本発明による混沌シ
ステムの同期化技術である。
As described above, the first synchronization unit 5 according to the present invention
When the master chaos device 30 and the slave chaos device 40 are synchronized by the zero and second synchronization unit 60, x (t) = x ′ (t), y (t) = y ′ (t), and z (T) = z ′
(T), ... That is, all the state variable values of the main chaotic device 30 and all the state variable values of the subordinate chaotic device 40 become the same. In order to express such a chaotic system synchronization technique by a mathematical expression, the state variable to be synchronized is x (t) in the main chaotic device 30, and the state variable corresponding to the variable of the main chaotic device in the subordinate chaotic device 40. X '
Assuming that (t) and the external chaotic signal acting on this is g (t), the signal fed back to the main chaotic device 30 is f (t) = β (αg (t) −x (t)) The signal fed back to the chaos device 40 is f ′ (t) =
β (αg (t) −x ′ (t)). When the feedback signal is applied to each state variable of the two chaotic devices, the result is x (t) = x (t) + f (t) in the main chaotic device 30.
In the subordinate chaotic device 40, x '(t) = x'
(T) + f ′ (t). Synchronizing the two chaotic devices with each other in this manner is the synchronization technology of the chaotic system according to the present invention.

【0023】このような本発明の同期化装置を実際装置
に具現するため、本発明の好ましい実施例ではローレン
ツ方程式を用いた。ローレンツ方程式を具体化する回路
は、図2に示すように、演算増幅器(Op-Amp)とアナロ
グ乗算器により簡単に具現される。
In order to implement such a synchronizer of the present invention in an actual device, the preferred embodiment of the present invention uses the Lorentz equation. As shown in FIG. 2, a circuit that embodies the Lorentz equation is easily realized by an operational amplifier (Op-Amp) and an analog multiplier.

【0024】第1演算増幅器301は、その反転端子に
抵抗R1を介して信号v(t)が入力され、その非反転
端子には抵抗R2を介して信号u(t)が入力され、こ
れら入力信号v(t)とu(t)を演算増幅器に連結さ
れた抵抗値により決められた利得値によって変換し増幅
する。第1演算増幅器301の出力は可変抵抗R3を介
してキャパシタC1が連結された第2演算増幅器302
により積分される。
In the first operational amplifier 301, a signal v (t) is input to its inverting terminal via a resistor R1, and a signal u (t) is input to its non-inverting terminal via a resistor R2. The signals v (t) and u (t) are converted and amplified by a gain value determined by a resistance value connected to the operational amplifier. The output of the first operational amplifier 301 is connected to the second operational amplifier 302 connected to the capacitor C1 via the variable resistor R3.
Is integrated by

【0025】第1アナログ乗算器311は第2演算増幅
器302の出力信号u(t)及びw(t)を合成し、第
3演算増幅器303はその反転端子に入力された信号u
(t)を抵抗R4と抵抗R5の比によって非反転増幅し
第4演算増幅器304の非反転端子に印加する。
The first analog multiplier 311 combines the output signals u (t) and w (t) of the second operational amplifier 302, and the third operational amplifier 303 outputs the signal u input to its inverting terminal.
(T) is non-inverted and amplified by the ratio of the resistors R4 and R5 and applied to the non-inverted terminal of the fourth operational amplifier 304.

【0026】第4演算増幅器304は、その反転端子に
合成信号u(t)・w(t)が抵抗R6を介して、かつ
その非反転端子には第3演算増幅器303の出力信号が
抵抗R7を介して入力され、これらの入力信号を演算増
幅器に連結された抵抗値によって決められた利得値によ
って変換し増幅する。
The fourth operational amplifier 304 has a combined signal u (t) .w (t) at its inverting terminal via a resistor R6 and an output signal of the third operational amplifier 303 at its non-inverting terminal at a resistor R7. , And converts and amplifies these input signals with a gain value determined by a resistance value connected to the operational amplifier.

【0027】第5演算増幅器305は、その反転端子に
第4演算増幅器304の出力信号が抵抗R10を介して
入力され、抵抗R10と抵抗R11の比によって反転増
幅される。そして、第5演算増幅器305の出力はキャ
パシタC2が連結された第6演算増幅器306により積
分されて信号v(t)を出力する。
The output signal of the fourth operational amplifier 304 is input to the inverting terminal of the fifth operational amplifier 305 via the resistor R10, and is inverted and amplified by the ratio of the resistors R10 and R11. The output of the fifth operational amplifier 305 is integrated by the sixth operational amplifier 306 connected to the capacitor C2 to output a signal v (t).

【0028】第2アナログ乗算器312は信号u(t)
及びv(t)を合成し、第7演算増幅器307はその反
転端子に合成信号u(t)・v(t)が抵抗R14を介
して、かつ非反転端子にw(t)が抵抗R17を介して
入力され、これらの入力信号を演算増幅器に連結された
抵抗値によって決められた利得値によって変換し増幅す
る。そして、第7演算増幅器307の出力は抵抗R16
とキャパシタC3が連結された第8演算増幅器308に
より積分されて信号w(t)を出力する。
The second analog multiplier 312 outputs the signal u (t)
And v (t) are combined, and the seventh operational amplifier 307 has the combined signal u (t) · v (t) connected to its inverting terminal via the resistor R14 and w (t) connected to the non-inverting terminal via the resistor R17. These input signals are converted and amplified by a gain value determined by a resistance value connected to the operational amplifier. The output of the seventh operational amplifier 307 is the resistor R16
And a signal w (t) is integrated by an eighth operational amplifier 308 connected to the capacitor C3.

【0029】以上のように、主混沌装置30と従属混沌
装置40は図2に示すように設計した回路図を構成す
る。この際に、本発明により二つの混沌装置30、40
を同期化させるため、外部混沌信号を発生する回路を主
混沌装置30、40に付加させる。外部から付加する混
沌信号は、例えばロスラーシステムの混沌回路、ダッフ
ィングシステムの混沌回路、ナビエ−ストークス(Navi
er-Stokes)システムの混沌回路などにより発生する混
沌信号が該当できる。これらの回路構成は通常の知識を
持った当業者であれば容易に製作し得るので、以降にそ
の詳細な説明は省略する。一方、任意の雑音信号をフィ
ルターリングして適切な周波数帯域を有するように調節
した後、これを外部の同期化信号として使用し得る。
As described above, the main chaotic device 30 and the subordinate chaotic device 40 constitute a circuit diagram designed as shown in FIG. At this time, according to the present invention, two chaotic devices 30, 40
Are added to the main chaotic devices 30 and 40 in order to synchronize the signals. The chaotic signal added from the outside is, for example, a chaotic circuit of a Rossler system, a chaotic circuit of a duffing system, Navier-Stokes (Navi Stokes).
er-Stokes) The chaotic signal generated by the chaotic circuit of the system can be applicable. These circuit configurations can be easily manufactured by those skilled in the art having ordinary knowledge, and a detailed description thereof will be omitted below. Meanwhile, an arbitrary noise signal may be filtered and adjusted to have an appropriate frequency band, and then used as an external synchronization signal.

【0030】図3はローレンツ方程式により具現した主
混沌装置30と第1同期化部50の回路図を示し、図4
は同様にローレンツ方程式により具現した従属混沌装置
40と第2同期化部60の回路図を示す。
FIG. 3 is a circuit diagram of the main chaotic device 30 and the first synchronization unit 50 embodied by the Lorentz equation.
3 shows a circuit diagram of the subordinate chaotic device 40 and the second synchronization unit 60 similarly realized by the Lorentz equation.

【0031】図3に示すように、まず主混沌装置30は
図2に示す混沌信号発生回路と同じに構成される。第1
同期化部50は、図1の第1スケーラー52に相当する
可変抵抗R21と、減算器54に相当し、演算増幅器U
9及びその周辺回路でなる第9演算増幅器501と、第
2スケーラー56に相当する可変抵抗25と、加算器5
8に相当し、演算増幅器U10及びその周辺回路でなる
第10演算増幅器502と、演算増幅器U11及びその
周辺回路でなり、第10演算増幅器502の出力を反転
増幅させる第11演算増幅器503とから構成される。
As shown in FIG. 3, first, the main chaotic device 30 has the same configuration as the chaotic signal generation circuit shown in FIG. First
The synchronizer 50 corresponds to the variable resistor R21 corresponding to the first scaler 52 in FIG.
9 and a ninth operational amplifier 501 including the peripheral circuit, the variable resistor 25 corresponding to the second scaler 56, and the adder 5
And a tenth operational amplifier 502 corresponding to the operational amplifier U10 and its peripheral circuits, and an eleventh operational amplifier 503 composed of the operational amplifier U11 and its peripheral circuits and inverting and amplifying the output of the tenth operational amplifier 502. Is done.

【0032】一方、図4に示すように、従属混沌装置4
0は主混沌装置30と同様図2に示す混沌信号発生回路
と同じに構成される。第2同期化部60は第1スケーラ
ー62に相当する可変抵抗R31と、減算器64に相当
し、演算増幅器U12及びその周辺回路でなる第12演
算増幅器601と、第2スケーラー66に相当する可変
抵抗R35と、加算器68に相当し、演算増幅器U13
及びその周辺回路でなる第13演算増幅器602と、演
算増幅器U14及びその周辺回路でなり、第13演算増
幅器602の出力を反転増幅させる第14演算増幅器6
03とから構成される。
On the other hand, as shown in FIG.
0 has the same configuration as the chaotic signal generation circuit shown in FIG. The second synchronizing unit 60 corresponds to the variable resistor R31 corresponding to the first scaler 62, corresponds to the subtractor 64, the twelfth operational amplifier 601 including the operational amplifier U12 and its peripheral circuit, and the variable resistor corresponding to the second scaler 66. The operational amplifier U13 corresponds to the resistor R35 and the adder 68.
And a thirteenth operational amplifier 602 comprising an operational amplifier U14 and peripheral circuits thereof, and a fourteenth operational amplifier 6 comprising an operational amplifier U14 and peripheral circuits thereof and inverting and amplifying the output of the thirteenth operational amplifier 602.
03.

【0033】これからは前述した構成を有する本発明の
作用について説明する。
The operation of the present invention having the above-described configuration will now be described.

【0034】本発明にはよく知られたローレンツ方程式
が適用され、次の数式2は非線形的項であるxy、xz
を包含する3次元ローレンツシステムを示す。
The well-known Lorentz equation is applied to the present invention, and the following equation (2) expresses the non-linear terms xy and xz
2 shows a three-dimensional Lorentz system including:

【0035】[0035]

【数2】 前記数式2において、x、y、zは状態変数であり、
σ、R、bは媒介変数である。ここで、σ=10、R=
8/3、b=8であるとき、この混沌システムは混沌信
号を発生する。この混沌システムを主混沌装置とすると
き、主混沌装置と回路構成を同じにし、その変数の軌跡
のみ異なるようにすると、従属混沌装置は次のような数
式3で表現できる。
(Equation 2) In Equation 2, x, y, and z are state variables,
σ, R and b are parameters. Here, σ = 10, R =
When 8/3, b = 8, this chaotic system generates a chaotic signal. When this chaotic system is used as the main chaotic device, if the circuit configuration is the same as that of the main chaotic device and only the trajectories of its variables are different, the subordinate chaotic device can be expressed by the following mathematical formula 3.

【0036】[0036]

【数3】 従属混沌装置での媒介変数は主混沌装置と同一である。
この際に、x、y、zとx’、y’、z’の初期条件を
互いに異なるように設定すると、二つの混沌装置は互い
に独立的に相違した軌跡を有する。例えば、主混沌装置
での状態変数xと従属混沌装置での状態変数xに対応す
るx’値を調べると、2軌跡が相違して、図5A及び図
5Bのように相違した時間的特性を表す。ここで、図5
Aは主混沌装置での状態変数の波形を示し、図5Bは従
属混沌装置での状態変数の波形を示す。
(Equation 3) The parameters of the subordinate chaotic device are the same as those of the main chaotic device.
At this time, if the initial conditions of x, y, z and x ', y', z 'are set to be different from each other, the two chaotic devices have independently different trajectories. For example, when examining the x 'value corresponding to the state variable x in the main chaotic device and the state variable x in the subordinate chaotic device, two trajectories are different, and different temporal characteristics as shown in FIGS. 5A and 5B are obtained. Represent. Here, FIG.
A shows the waveform of the state variable in the main chaotic device, and FIG. 5B shows the waveform of the state variable in the subordinate chaotic device.

【0037】しかし、第1同期化部と第2同期化部をそ
れぞれ主混沌装置と従属混沌装置に連結し、二つの混沌
装置の相互対応する状態変数であるxとx’に外部混沌
信号を印加してこの二つの混沌装置を同期化させると、
主混沌装置と従属混沌装置はそれぞれ次の数式4と数式
5で表現される。
However, the first synchronizing unit and the second synchronizing unit are connected to the master chaos device and the slave chaos device, respectively, and the external chaos signal is applied to the mutually corresponding state variables x and x 'of the two chaos devices. When applied to synchronize these two chaotic devices,
The main chaos device and the subordinate chaos device are expressed by the following Equations 4 and 5, respectively.

【0038】[0038]

【数4】 (Equation 4)

【数5】 ここで、同期化されるとの意味は同一な非線形システム
の状態変数の時空間的軌跡が互いに対応する状態変数間
には互いに同一な軌跡を有することを示す。すなわち、
x=x’となり、y=y’となり、z=z’となるとの
意味である。このような同期化はコンピュータシミュレ
ーションにより易しく確認し得る。主混沌装置と従属混
沌装置に印加される外部混沌信号は乱数発生器により得
られる0から1の値を有し、一つの乱数を外部混沌信号
の振幅Aとし、ほかの乱数をωとすると、スケーリング
された外部混沌信号はαAsin(ωt)となり同期化
信号として使用される。外部混沌信号に応じて二つの混
沌装置が同期化されるときの波形図が図6Aないし図6
Dに示されている。図6Aは主混沌装置と従属混沌装置
の同期化のために使用される外部混沌信号の波形図、図
6Bは主混沌装置の状態変数の軌跡を示す波形図、図6
Dは主混沌装置の状態変数に対応する従属混沌装置の状
態変数の軌跡を示す波形図、図6Cは二つの混沌装置の
状態変数の差を示す波形図である。
(Equation 5) Here, the meaning of being synchronized means that the spatio-temporal trajectories of state variables of the same nonlinear system have the same trajectory between corresponding state variables. That is,
This means that x = x ′, y = y ′, and z = z ′. Such synchronization can be easily confirmed by computer simulation. The external chaotic signal applied to the main chaotic device and the subordinate chaotic device has a value of 0 to 1 obtained by a random number generator, one random number is defined as the amplitude A of the external chaotic signal, and the other random number is defined as ω. The scaled external chaotic signal becomes αAsin (ωt) and is used as a synchronization signal. FIG. 6A to FIG. 6 show waveform diagrams when two chaotic devices are synchronized according to an external chaotic signal.
D. FIG. 6A is a waveform diagram of an external chaotic signal used for synchronization of a main chaotic device and a subordinate chaotic device, and FIG. 6B is a waveform diagram showing a trajectory of state variables of the main chaotic device.
D is a waveform diagram showing the trajectory of the state variable of the subordinate chaotic device corresponding to the state variable of the main chaotic device, and FIG. 6C is a waveform diagram showing the difference between the state variables of the two chaotic devices.

【0039】図6Aないし図6Dに示すように、二つの
混沌装置間に同期化がなされると、二つの混沌装置の混
沌信号がすぐ一致して、主混沌装置の状態変数(例えば
x)と従属混沌装置の状態変数(x’)が同じになる。
これを確認するため、図6Cは二つの状態変数の差を1
0,000倍拡大してみたもので、その差がすぐ‘0’
に収斂することを確認し得る。
As shown in FIGS. 6A to 6D, when synchronization is established between the two chaotic devices, the chaotic signals of the two chaotic devices immediately match, and the state variable (eg, x) of the main chaotic device and The state variable (x ') of the subordinate chaotic device becomes the same.
To confirm this, FIG. 6C shows the difference between the two state variables as 1
I tried to enlarge it by 0000 times, and the difference was '0' immediately.
Can be confirmed.

【0040】同期化される前と同期化された後の二つの
混沌信号の差がどの程度であるかを調べるため、同期化
される前と同期化された後のy−z平面の位相空間での
二つの混沌装置の混沌引き付け(Chaotic Attractor)
を調べる。
In order to examine the difference between the two chaotic signals before and after synchronization, the phase space in the yz plane before and after synchronization is examined. Attraction of Two Chaotic Devices in a Chaotic Attractor
Find out.

【0041】図7及び図8はそれぞれ同期化される前と
同期化された後のy−z平面での二つの混沌装置の混沌
引き付けの形状を示す。図7は外部混沌信号に応じて同
期化される前の混沌装置の引き付けが正常ローレンツ混
沌システムの引き付けをそのまま維持していることを示
す。しかし、図8は外部混沌信号に応じて同期化された
後の一般の混沌引き付けのフラクタル(Fractal)形状
を有するものでなく、非常に複雑な雑音に類似した混沌
引き付けを示す。したがって、同期化された後には、図
8に示すように変化された混沌引き付けでは元の正常混
沌引き付けの形状を捜し得ない。
FIGS. 7 and 8 show the shape of the chaotic attraction of the two chaotic devices in the yz plane before and after synchronization, respectively. FIG. 7 shows that the attraction of the chaotic device before being synchronized in response to the external chaotic signal maintains the attraction of the normal Lorentz chaotic system. However, FIG. 8 does not have the general chaotic attracting fractal shape after being synchronized in response to an external chaotic signal, but shows chaotic attracting similar to very complex noise. Therefore, after being synchronized, the altered chaotic attraction as shown in FIG. 8 cannot find the shape of the original normal chaotic attraction.

【0042】一方、zとz’をそれぞれ主混沌装置と従
属混沌装置のフィードバック状態変数として使用する場
合において、図9は雑音がないときのz(t)−z(t
+τ)の時間遅延位相空間での混沌引き付けの形状を示
し、図10は主混沌装置と従属混沌装置が雑音により同
期化されるときのz(t)−z(t+τ)の時間遅延位
相空間での混沌引き付けの形状を示す。図9と図10は
τが0.5であるときを示すものである。図10も図8
と同様一般の混沌引き付けのフラクタル形状を有しなく
非常に複雑な雑音に類似した混沌引き付けを示し、変化
された混沌引き付けでは元の正常混沌引き付けの形状を
捜し得ない。
On the other hand, when z and z 'are used as the feedback state variables of the master chaos and the slave chaos, respectively, FIG. 9 shows z (t) -z (t) when there is no noise.
+ Τ) shows the shape of the chaotic attraction in the time-delayed phase space, and FIG. 10 shows the time-delayed phase space of z (t) -z (t + τ) when the main chaos and the subordinate chaos are synchronized by noise. Shows the shape of the chaotic attraction. 9 and 10 show the case where τ is 0.5. FIG. 10 and FIG.
It has no fractal shape of general chaotic attraction, and exhibits chaotic attraction similar to very complex noise, and the altered chaotic attraction cannot find the shape of the original normal chaotic attraction.

【0043】つぎに、ロジスティックマップを用いて二
つの混沌装置を同期化させる原理について調べる。この
際に、ロジスティックマップは次の数式6で表現され
る。
Next, the principle of synchronizing two chaotic devices using a logistic map will be examined. At this time, the logistic map is expressed by the following equation (6).

【0044】[0044]

【数6】 数式6において、混沌はα値によって決定される。例え
ば、αが3.9であるときには装置は混沌と特性を表
し、従属混沌装置はx’n+1=αx’n(1−x’n)と
して与えられる。乱数によって二つの混沌装置を同期化
させ、乱数が0と1間の値を有する場合、主混沌装置の
フィードバック値はfn=β(γn−xn)となり、従属
装置のフィードバック値はf’n=β(γn−x’n)と
なる。すると、二つの混沌装置である主混沌装置と従属
混沌装置はそれぞれ次の数式7と数式8のように与えら
れる。
(Equation 6) In Equation 6, the chaos is determined by the α value. For example, when α is 3.9, the device represents chaos and characteristics, and the subordinate chaotic device is given as x ′ n + 1 = αx ′ n (1−x ′ n ). If the two chaotic devices are synchronized by a random number, and the random number has a value between 0 and 1, the feedback value of the master chaotic device is f n = β (γ n −x n ), and the feedback value of the slave device is f ' n = β (γ n -x' n ). Then, the two chaotic devices, the main chaotic device and the subordinate chaotic device, are given by the following equations 7 and 8, respectively.

【0045】[0045]

【数7】 (Equation 7)

【数8】 数式7と数式8において、二つの状態変数の差をxn
x’n=ynとすると、二つの状態変数の差は次の数式9
として与えられる。
(Equation 8) In Equations 7 and 8, the difference between the two state variables is x n
If x ' n = y n , the difference between the two state variables is
Given as

【0046】[0046]

【数9】 この数式9は新たな混沌システムを定義する非線形差分
方程式となる。数式9において、媒介変数ynは主混沌
装置の変数であるxnとγnで変調され、y2 nは主混沌装
置の変数では変調されないことが分かる。このように、
雑音信号又は混沌信号で非線形システムを変調させる方
法は広く知られているので、以下ではその詳細な説明は
省略する。
(Equation 9) Equation 9 is a nonlinear difference equation defining a new chaotic system. In Equation 9, parametric y n is modulated at a variable main chaotic system x n and γ n, y 2 n, it is seen that the modulated variable main chaotic system. in this way,
Since a method of modulating a nonlinear system with a noise signal or a chaotic signal is widely known, a detailed description thereof will be omitted below.

【0047】混沌信号又は雑音信号で非線形システムの
媒介変数を変調させて、その現象を分析すると、その混
沌システムは非常に複雑な様相を有する。変換された混
沌システムは各媒介変数の条件によって混沌信号と0の
値に非常に近接した値間を不規則的に往復することもあ
り、0の値に収斂するときもあり、時々には混沌を表す
こともある。このように混沌と0の値に非常に近く変動
することをオン−オフ間歇性という。このような間歇性
が生ずると、その平均ラミナー(Laminar)の長さが無
限に長くなって、二つの変数の差が0の値に収斂する臨
界値条件が生ずる。この臨界値αc以上の値では、二つ
の同一混沌装置の状態変数の差により形成される新たな
混沌装置は即時0に収斂することになる。したがって、
その変数の差が0となると、二つの混沌装置の間には軌
跡の差がないので、二つの混沌装置の軌跡が同一になっ
て、すぐ同期化されるものである。すなわち、α>αc
であるとき、オン−オフ間歇性の臨界値条件で平均ラミ
ナーの長さが無限に長くなって二つの変数の差が0に収
斂するαの条件となり、この条件はすぐ二つの混沌装置
が互いに同期化される条件である。このように二つの変
数の差に掛けられるβの値によって前記数式9は簡単に
0に収斂して同期化され、このような同期化方法は主混
沌装置の状態変数を従属混沌装置にフィードバックする
方法と同じ同期化条件を有する。
When the parameters of a nonlinear system are modulated with a chaotic signal or a noise signal, and the phenomenon is analyzed, the chaotic system has a very complicated appearance. The converted chaotic system may randomly fluctuate between the chaotic signal and the value very close to the value of 0 depending on the condition of each parameter, sometimes converge to the value of 0, and sometimes chaos. May be represented. Such chaos and fluctuations very close to the value of 0 are called on-off intermittentness. When such intermittentness occurs, the average laminar length becomes infinitely long, and a critical value condition occurs in which the difference between the two variables converges to a value of zero. Above this critical value α c , a new chaotic device formed by the difference between the state variables of two identical chaotic devices will immediately converge to zero. Therefore,
When the difference between the variables becomes 0, there is no difference in the trajectory between the two chaotic devices, so that the trajectories of the two chaotic devices become the same and are immediately synchronized. That is, α> α c
, The condition of the critical value of the on-off intermittent condition is the condition of α where the average laminar length becomes infinitely long and the difference between the two variables converges to 0. The condition to be synchronized. Equation 9 is simply converged to 0 and synchronized by the value of β multiplied by the difference between the two variables, and such a synchronization method feeds back the state variables of the main chaotic device to the subordinate chaotic device. It has the same synchronization conditions as the method.

【0048】本発明による同期化方法をペコラとカロル
による同期化方法と比較すると本発明の特徴が何である
かが簡単に分かる。
By comparing the synchronization method according to the present invention with the synchronization method using Pecora and Karol, it is easy to see what the features of the present invention are.

【0049】すなわち、ペコラとカロルによる同期化方
法では従属混沌系のサブ−リヤプノフ(Sub-Lyapunov)
指数が常に陰の値である条件で同期化されるが、これは
オン−オフ間歇性の平均ラミナーの長さが無限に長くな
る臨界値条件による同期化現象でない。しかし、本発明
ではオン−オフ間歇性の平均ラミナーの長さが無限に長
くなって二つの変数の差が0に収斂する臨界値条件で同
期化されないものである。
That is, in the synchronization method by Pecora and Karol, the sub-Lyapunov of the subordinate chaotic system
The synchronization is performed under the condition that the exponent is always a negative value, but this is not a synchronization phenomenon due to the critical value condition in which the length of the on-off intermittent average laminar becomes infinitely long. However, in the present invention, the average laminar length of the intermittent on-off is infinitely long and the two variables are not synchronized under a critical value condition in which the difference between the two variables converges to zero.

【0050】このように同期化される様相を差分方程式
に基づいて調べると、主差分方程式と従属差分方程式は
それぞれ次の数式10と数式11で定義できる。
When the aspect of the synchronization is examined based on the difference equation, the main difference equation and the dependent difference equation can be defined by the following equations (10) and (11), respectively.

【0051】[0051]

【数10】 (Equation 10)

【数11】 数式10と数式11において、aは0.89、bは0.
9である。
[Equation 11] In Equations 10 and 11, a is 0.89 and b is 0.
9

【0052】前記差分方程式において、ロジスティック
マップのようにxnとx’nに各々の同期化式を入れる
と、主混沌装置と従属混沌装置はそれぞれ次の数式12
と数式13で表現できる。
In the above-mentioned difference equation, when the respective synchronization equations are put in x n and x ′ n as in a logistic map, the main chaotic device and the subordinate chaotic device can be expressed by the following equation (12).
And can be expressed by Equation 13.

【0053】[0053]

【数12】 数式12において、ζが0と1間の値を有する雑音信号
である場合、fn=0.4(ζn−xn)であり、gn
0.4(ζn−yn)である。
(Equation 12) In Expression 12, if ζ is a noise signal having a value between 0 and 1, f n = 0.4 (ζ n −x n ) and g n =
0.4 (ζ n −y n ).

【0054】[0054]

【数13】 数式13において、ζが0と1間の値を有する雑音信号
である場合、f’n=0.4(ζn−x’n)であり、
g’n=0.4(ζn−y’n)である。
(Equation 13) In Equation 13, when ζ is a noise signal having a value between 0 and 1, f ′ n = 0.4 (ζ n −x ′ n ), and
g ′ n = 0.4 (ζ n −y ′ n ).

【0055】また、数式10ないし数式13において、
‘mod1’は主混沌装置と従属混沌装置の両方で0と1
間の値のみを有するようにするため、1より大きくなる
と小数点以下の値のみを取り、陰となると小数点以下の
値のみを有するよう陽の整数を加える。
Further, in Expressions 10 to 13,
'mod1' is 0 and 1 for both master and slave chaos
In order to have only values in between, if it is greater than 1, only the value after the decimal point is taken, and if it is negative, a positive integer is added so as to have only the value after the decimal point.

【0056】図11Aないし図11Cは、前述したよう
な差分方程式を考慮して同期化されなかった場合、混沌
装置のynとy’nの各状態変数及び変数の差を示すもの
で、図11Aは主混沌装置の変数yn、図11Bはyn
y’nの差、図11Cは従属混沌装置の変数y’nを示
す。図11Bを調べると、主混沌装置の状態変数yn
従属混沌装置の状態変数y’nが時間的にそれぞれ独立
的な値を有することが分かる。
FIGS. 11A to 11C show the state variables and the differences between the variables y n and y ′ n of the chaotic device when they are not synchronized in consideration of the above-described difference equation. 11A is variable y n of the main chaotic system, FIG. 11B 'difference n, FIG. 11C is variable y dependent chaotic system' y n and y indicates the n. Examination of FIG. 11B, it can be seen that the state variable y 'n of state variables y n and dependent chaotic apparatus main chaotic system has a time-independent value.

【0057】図12Aないし図12Cは前述したような
差分方程式を考慮して同期化された場合、二つの混沌装
置のynとy’nの各状態変数及び変数の差を示すもの
で、図12Aは主混沌装置の変数yn、図12Bは10
倍拡大したynとy’nの差、図12Cは従属混沌装置の
変数y’nをそれぞれ示す。図12Bを調べると、二つ
の混沌装置間に同期化がなされると、主混沌装置の変数
nと従属混沌装置の変数y’nが時間的に同一値を有す
ることが分かる。すなわち、図12Bを調べると、二つ
の混沌装置は相違した初期条件を有するので、二つの混
沌装置の変数は初期には相互独立的に動くが、同期化が
始まるとどの程度の時間が経過した後、二つの混沌装置
は互いに一致して同一軌跡を有することが分かる。した
がって、二つの混沌装置が同期化された後には二つの混
沌装置の対応変数の差は0となるものである。
FIGS. 12A to 12C show the state variables and the differences between the variables y n and y ′ n of the two chaotic devices when synchronized in consideration of the above-described difference equation. 12A is the variable y n of the main chaotic device, and FIG.
Times enlarged 'difference n, FIG. 12C is variable y dependent chaotic system' y n and y respectively the n. Examination of FIG. 12B, when the synchronization between the two chaotic system is performed, the variable y 'n of the variable y n and dependent chaotic apparatus main chaotic system is seen to have a time identical value. That is, looking at FIG. 12B, since the two chaotic devices have different initial conditions, the variables of the two chaotic devices move independently of each other initially, but how much time has elapsed when the synchronization started. Later, it can be seen that the two chaotic devices coincide with each other and have the same trajectory. Therefore, after the two chaotic devices are synchronized, the difference between the corresponding variables of the two chaotic devices is zero.

【0058】同期化される前と同期化された後の混沌信
号の差がいくらぐらい異なるかを知るため、同期化され
る前と同期化された後のxn−yn平面の位相空間での二
つの混沌装置の混沌引き付けを調べると次のようであ
る。
In order to know how much the difference between the chaotic signals before and after synchronization is different, the phase space in the x n -y n plane before and after synchronization is known. Examining the chaotic attraction of these two chaotic devices is as follows.

【0059】図13及び図14はそれぞれ同期化される
前と後の二つの混沌装置の混沌引き付けの形状を示す。
図13に示すように、同期化される前には混沌装置の引
き付けが正常的な結合マップの混沌引き付けをそのまま
維持している。しかし、図14に示すように、外部混沌
信号に応じて同期化された後には混沌装置の引き付けが
一般の混沌引き付けのフラクタル形状を有するものでな
く、非常に複雑な雑音に類似した混沌引き付けを有する
ことを確認し得る。すなわち、図14のような混沌引き
付けを分析すると、実際的な混沌装置が非可逆的特性を
有するため、同期化された後の混沌引き付けでは元の混
沌引き付けの形状を捜し得ない。
FIGS. 13 and 14 show the shape of the chaotic attraction of the two chaotic devices before and after synchronization, respectively.
As shown in FIG. 13, before synchronization, the attraction of the chaotic device maintains the normal attraction of the coupling map. However, as shown in FIG. 14, after being synchronized in response to an external chaotic signal, the attraction of the chaotic device does not have the fractal shape of general chaotic attraction, but rather creates a chaotic attraction similar to very complex noise. You can confirm that you have. That is, when analyzing the chaotic attraction as shown in FIG. 14, since the actual chaotic device has an irreversible characteristic, the chaotic attraction after synchronization cannot find the shape of the original chaotic attraction.

【0060】これからは、前述したような本発明による
混沌システムの同期化技術を秘密通信システムに適用し
た実施例を説明する。
An embodiment in which the above-described chaotic system synchronization technique according to the present invention is applied to a secret communication system will now be described.

【0061】秘密通信システムにおいては、送信機は外
部混沌信号を同期化信号として使用する主混沌装置を備
え、主混沌装置の少なくとも一つの状態変数を情報信号
(例えば、音声信号)を隠す暗号信号として使用する。
これにより、情報信号は混沌信号に載せられて伝送さ
れ、この際に、情報信号は主混沌装置の混沌信号の電力
スペクトルよりずっと小さい電力スペクトルを有する。
受信機は送信機の主混沌装置と同様外部混沌信号を同期
化信号として使用する従属混沌装置を備え、従属混沌装
置を主混沌装置と同期化して主混沌装置の暗号信号とし
て使用される主混沌装置の状態変数を減算する。したが
って、受信機により元の情報信号がそのまま復元され
る。これは、情報信号がない場合、主混沌装置と従属混
沌装置が同期化されると二つの混沌装置は全く一致する
ことになる条件のためなされるものである。この際に、
同期化された以後にも混沌装置から出る混沌信号は非常
に無秩序であるため、どんな式を用いてこのような混沌
装置を形成したかが分からなく、混沌装置から発生する
信号は多様な混沌予測法などの方法でも探し得ないた
め、本発明による秘密通信システムは秘密維持度が非常
に高い利点がある。
In a secret communication system, the transmitter comprises a main chaotic device that uses an external chaotic signal as a synchronization signal, and at least one state variable of the main chaotic device is a cryptographic signal that hides an information signal (eg, a voice signal). Use as
Thus, the information signal is transmitted on the chaotic signal, and the information signal has a power spectrum much smaller than the power spectrum of the chaotic signal of the main chaotic device.
The receiver has a subordinate chaos device that uses an external chaotic signal as a synchronization signal as well as the main chaotic device of the transmitter, and the main chaos that synchronizes the subordinate chaos device with the main chaos device and is used as the encryption signal of the main chaos device Subtract device state variables. Therefore, the original information signal is restored as it is by the receiver. This is done due to the condition that, in the absence of an information signal, the two chaos will be exactly the same when the master and slave chaos are synchronized. At this time,
Since the chaotic signal coming out of the chaotic device after synchronization is very disorderly, it is not known what formula was used to form such a chaotic device, and the signal generated from the chaotic device has various chaotic predictions. The secret communication system according to the present invention has an advantage that the degree of secret maintenance is very high because it cannot be found even by a method such as a method.

【0062】図15は本発明による混沌システムの同期
化技術を用いる秘密通信システムを説明するための概念
図を示すもので、図1に示す本発明による混沌システム
の同期化装置に加算器70でなった暗号化部と減算器8
0でなった復号化部とをさらに備えるものである。
FIG. 15 is a conceptual diagram for explaining a secret communication system using the chaotic system synchronization technique according to the present invention. The adder 70 adds the chaotic system synchronization apparatus according to the present invention shown in FIG. Encryption unit and subtractor 8
And a decoding unit which is set to 0.

【0063】図15に示すように、送信機に設置された
加算器70は主混沌装置30の任意の変数(例えば、こ
こではy(t)に情報信号(m(t))を加算して受信
機に伝送する。受信機に設置された減算器80は受信さ
れた信号(y(t)+m(t))から主混沌装置30の
変数(y(t))に対応する従属混沌装置40の変数
(y’(t))を減算して情報信号(m(t)=y
(t)+m(t)−y’(t))を復元する。
As shown in FIG. 15, an adder 70 installed in the transmitter adds an arbitrary signal (for example, an information signal (m (t)) to y (t) in the main chaotic device 30 here. The subtractor 80 installed in the receiver converts the received signal (y (t) + m (t)) into the dependent chaotic device 40 corresponding to the variable (y (t)) of the main chaotic device 30. Of the information signal (m (t) = y
(T) + m (t) -y '(t)).

【0064】図16は図15の主混沌装置30、第1同
期化部50及び暗号化部70の一実施例を示し、図17
は図15の従属混沌装置40、第2同期化部60及び復
号化部80の一実施例を示すものである。
FIG. 16 shows an embodiment of the main chaotic device 30, the first synchronization unit 50 and the encryption unit 70 of FIG.
Shows an embodiment of the subordinate chaotic device 40, the second synchronization unit 60, and the decoding unit 80 in FIG.

【0065】図16に示すように、主混沌装置30と第
1同期化部50の構成は図3と同じである。暗号化部で
ある加算器70は、演算増幅器U15及びその周辺回路
でなり、第8演算増幅器308の出力信号(w(t))
と情報信号(m(t))を加算してから反転させる第1
5演算増幅器701と、演算増幅器U16及びその周辺
回路でなり、第15演算増幅器701の出力信号を反転
増幅させる第16演算増幅器702とから構成される。
As shown in FIG. 16, the configurations of the main chaotic device 30 and the first synchronizer 50 are the same as those in FIG. The adder 70 serving as an encryption unit includes the operational amplifier U15 and its peripheral circuits, and outputs the output signal (w (t)) of the eighth operational amplifier 308.
And the information signal (m (t)) is added and then inverted.
It comprises a fifth operational amplifier 701 and a sixteenth operational amplifier 702 which comprises an operational amplifier U16 and its peripheral circuits and inverts and amplifies the output signal of the fifteenth operational amplifier 701.

【0066】図17に示すように、従属混沌装置40と
第2同期化部60の構成は図4と同じである。復号化部
である減算器80は、演算増幅器U17及びその周辺回
路でなり、図16に示す第16演算増幅器702の出力
信号から第8演算増幅器308の出力信号(w(t))
を減算する第17演算増幅器801で構成される。
As shown in FIG. 17, the configurations of the subordinate chaotic device 40 and the second synchronizer 60 are the same as those in FIG. A subtractor 80 serving as a decoding unit includes an operational amplifier U17 and its peripheral circuits. The subtractor 80 converts the output signal of the sixteenth operational amplifier 702 shown in FIG. 16 into the output signal of the eighth operational amplifier 308 (w (t)).
From the seventeenth operational amplifier 801 that subtracts

【0067】これからは図16及び図17に示す本発明
による秘密通信システムの作用を説明する。
The operation of the secret communication system according to the present invention shown in FIGS. 16 and 17 will now be described.

【0068】外部混沌信号(g(t))を使用して第1
同期化部50及び第2同期化部60により主混沌装置3
0と従属混沌装置40を同期化させる。この後、送信機
は音声信号などの情報信号(m(t))と主混沌装置3
0の状態変数(y(t))が合成された暗号信号(y
(t)+m(t))を受信機に伝送する。受信機は暗号
信号(y(t)+m(t))から従属混沌装置40の状
態変数(y’(t))を減算して元の情報信号(m
(t))を復元する。
Using the external chaotic signal (g (t)), the first
The main chaotic device 3 is controlled by the synchronization unit 50 and the second synchronization unit 60.
0 and the subordinate chaotic device 40 are synchronized. Thereafter, the transmitter transmits the information signal (m (t)) such as an audio signal to the main chaotic device 3.
0 (y (t)) is combined with the encrypted signal (y
(T) + m (t)) to the receiver. The receiver subtracts the state variable (y ′ (t)) of the subordinate chaotic device 40 from the encrypted signal (y (t) + m (t)) to obtain the original information signal (m).
(T)) is restored.

【0069】図18Aないし図18Dは図16及び図1
7に示す秘密通信システムによる秘密通信過程を説明す
るための波形図である。図18Aは同期化のための外部
混沌信号(g(t))を示し、図18Bは主混沌装置の
状態変数(y(t))にサイン波関数である情報信号
(m(t))を合成した信号を示し、図18Cは受信機
で復元されるサイン波関数である情報信号を示し、図1
8Dは同期化された従属混沌装置の状態変数(y’
(t))の波形をそれぞれ示すものである。図18Cに
示すように、受信機により微弱なサイン波関数の情報信
号が復元されたことが分かる。これを図6Cと比較する
と、情報信号を載せなかった場合には、同期化された後
の二つの混沌装置の変数差は0であったが、図18Cを
見ると、情報信号を載せた場合、同期化された二つの混
沌装置の変数差は載せた情報信号に該当することが分か
る。
FIGS. 18A to 18D correspond to FIGS.
FIG. 8 is a waveform diagram for explaining a secret communication process by the secret communication system shown in FIG. 7. FIG. 18A shows an external chaotic signal (g (t)) for synchronization, and FIG. 18B shows an information signal (m (t)) which is a sine wave function as a state variable (y (t)) of the main chaotic device. FIG. 18C shows an information signal which is a sine wave function restored by the receiver, and FIG.
8D is the state variable of the synchronized subordinate chaos (y '
(T)) shows the respective waveforms. As shown in FIG. 18C, it can be seen that the information signal of the weak sine wave function has been restored by the receiver. Comparing this with FIG. 6C, when the information signal was not carried, the variable difference between the two chaotic devices after synchronization was 0, but as shown in FIG. 18C, when the information signal was carried, It can be seen that the variable difference between the two synchronized chaotic devices corresponds to the information signal carried.

【0070】しかし、情報信号が暗号信号から区別され
て露出されないためには、混沌信号の電力スペクトル内
に情報信号の電力スペクトルが隠されていなければなら
ない。実際において、情報信号の大きさが非常に小さい
ため、主混沌装置の混沌信号に情報信号を載せた波形と
情報信号を載せなかった波形には大きな差を見つけ得な
い。すなわち、図18Bは主混沌装置の状態変数に情報
信号を載せた波形、図18Dは外部混沌信号によって同
期化された従属混沌装置の状態変数の波形であり、二つ
の波形には大きな差を見つけ得ないが、受信機で図18
Bの波形信号を受けて図18Dの波形信号を減算する
と、図18Cのような情報信号を復元し得るものであ
る。したがって、本発明の同期化技術により同期化信号
として外部混沌信号を使用し、送信機の第1同期化部と
受信機の第2同期化部により主混沌装置と従属混沌装置
を同期化させることにより秘密維持度の高い秘密通信を
実行し得る。
However, the power spectrum of the information signal must be hidden in the power spectrum of the chaotic signal in order for the information signal to be distinguished from the encryption signal and not exposed. In fact, since the magnitude of the information signal is very small, a large difference cannot be found between the waveform in which the information signal is carried on the chaotic signal of the main chaotic device and the waveform in which the information signal is not carried. That is, FIG. 18B is a waveform in which an information signal is placed on the state variable of the main chaotic device, and FIG. 18D is a waveform of the state variable of the subordinate chaotic device synchronized by the external chaotic signal. I can't get it,
When the waveform signal of FIG. 18D is subtracted in response to the waveform signal of B, the information signal as shown in FIG. 18C can be restored. Therefore, using the external chaotic signal as a synchronization signal according to the synchronization technique of the present invention, and synchronizing the master chaos device and the slave chaos device by the first synchronization unit of the transmitter and the second synchronization unit of the receiver. Thus, secret communication with a high degree of security maintenance can be executed.

【0071】一方、本発明による同期化技術は差分方程
式を用いる秘密通信システムにもそのまま適用し得る。
差分方程式は前述した結合マップをそのまま使用する。
差分方程式を用いる秘密通信システムではアナログ電子
回路を用いるかコンピュータを用いるかデジタル回路を
使用することもできる。これは通常の知識を持った当業
者であれば容易にこのような回路を具現し得るので、詳
細な説明は省略し、以下ではコンピュータを用いる暗号
化技術について簡略に説明する。
On the other hand, the synchronization technique according to the present invention can be directly applied to a secret communication system using a difference equation.
The difference equation uses the above-described connection map as it is.
In a secret communication system using the difference equation, an analog electronic circuit, a computer, or a digital circuit can be used. Since a person having ordinary skill in the art can easily realize such a circuit, a detailed description thereof will be omitted, and an encryption technique using a computer will be briefly described below.

【0072】相違したコンピュータである主コンピュー
タと従属コンピュータが同一演算を遂行しているとき、
乱数あるいはほかの混沌信号によって発生される主コン
ピュータの主混沌装置の混沌信号に情報信号を載せ、こ
れを乱数あるいは更にほかの混沌信号とともに伝送す
る。すると、従属コンピュータでは乱数あるいは更にほ
かの混沌信号を主混沌装置と従属混沌装置を同期化させ
る信号として使用して従属混沌装置の混沌信号を主混沌
装置の混沌信号と同期化させる。この後、主混沌装置の
混沌信号に情報信号が合成された暗号信号から従属混沌
装置の混沌信号を減算すると、所望情報信号を復元する
ことになる。この際に、乱数あるいは更にほかの混沌信
号と情報信号が合成された混沌信号を送信する場合、既
存の秘密通信のための暗号化技法を使用すると、その保
安性は更に優れる。一方、乱数あるいは更にほかの混沌
信号により保安性に問題が生ずる場合、乱数あるいは更
にほかの混沌信号を初期値をキーとして使用すると保安
性が極大化できる。この方法はクオモとオッペンハイム
方式の基礎的な情報信号の伝達だけでなく、相当な高速
を要求する現在の通信法に速い暗号化速度を提供するこ
とにより、これまで知られた混沌を用いた秘密通信法よ
りずっと優れた暗号化速度と保安性を提供する。
When the main and subordinate computers, which are different computers, are performing the same operation,
The information signal is carried on the chaos signal of the main chaos device of the main computer generated by random numbers or other chaotic signals, and transmitted together with the random numbers or other chaotic signals. Then, the slave computer synchronizes the chaos signal of the slave chaos with the chaos signal of the master chaos using the random number or another chaos signal as a signal for synchronizing the master chaos and the slave chaos. Thereafter, when the chaotic signal of the subordinate chaotic device is subtracted from the encryption signal obtained by combining the information signal with the chaotic signal of the main chaotic device, the desired information signal is restored. In this case, when transmitting a random number or a chaotic signal in which another chaotic signal and an information signal are combined, if an existing encryption technique for secret communication is used, the security is further improved. On the other hand, when a problem occurs in security due to a random number or another chaotic signal, security can be maximized by using a random number or another chaotic signal as an initial value as a key. This method uses the previously known chaos by providing not only the basic information signal transmission of the Kuomo and Oppenheim systems, but also a high encryption speed for current communication methods requiring considerable high speed. It offers much higher encryption speed and security than secret communication methods.

【0073】一方、前述した実施例では微分方程式形態
でローレンツ混沌システムについてだけ説明したが、ロ
ーレンツ混沌システム以外にも微分方程式形態で与えら
れるすべての混沌システムに対しても適用し得る。ま
た、ここに説明された差分方程式だけでなく、ほかの差
分方程式形態で与えられるすべての混沌システムの場合
にも容易に適用し得る。更に、これを用いて秘密通信シ
ステムも具現し得ることになる。
On the other hand, in the above-described embodiment, only the Lorentz chaotic system has been described in the form of a differential equation. However, the present invention can be applied to all chaotic systems given in the form of a differential equation in addition to the Lorentz chaotic system. In addition, the present invention can be easily applied not only to the difference equation described here but also to all chaotic systems given in other difference equation forms. Further, a secret communication system can be realized by using this.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、混沌信
号を発生する同一構成を有する二つの混沌システムがあ
るとき、同一な外部混沌信号と主混沌装置の一つの状態
変数又は多くの状態変数と主混沌装置の各変数に対応す
る従属混沌装置の一つの変数又は多くの状態変数を主混
沌装置と従属混沌装置のそれぞれに付加された同期化部
により変調しフィードバックさせることにより、主混沌
装置と従属混沌装置は相互対応する各変数の時空間的変
化が互いに一致されて同期化される。この際に、各混沌
装置の信号は混沌装置が最初に持っている混沌引き付け
と全く相違した特異な時空間引き付けを形成するので、
元の混沌信号を探し得なく、秘密通信システムの適用
時、情報信号の秘密維持度を極大化し得る。
As described above, the present invention can be applied to the case where there are two chaotic systems having the same configuration for generating a chaotic signal, the same external chaotic signal and one state variable or many states of the main chaotic device. One variable or many state variables of the subordinate chaos corresponding to each variable of the variable and the main chaos are modulated and fed back by the synchronization unit added to each of the main chaos and the subordinate chaos, and the main chaos is modulated. The device and the subordinate chaotic device are synchronized so that the spatio-temporal changes of the corresponding variables are mutually matched. At this time, the signal of each chaotic device forms a unique spatiotemporal attraction that is completely different from the chaotic attraction that the chaotic device originally has,
The original chaotic signal cannot be found, and when the secret communication system is applied, the degree of maintaining the secret of the information signal can be maximized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による混沌システムと同期化装置の全体
構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a chaotic system and a synchronization device according to the present invention.

【図2】ローレンツ方程式で具現した混沌信号発生回路
図である。
FIG. 2 is a circuit diagram of a chaotic signal generation circuit embodied by Lorentz equation.

【図3】図1の同期化装置を図2の混沌信号発生回路で
具現した詳細回路図である。
FIG. 3 is a detailed circuit diagram illustrating the synchronization device of FIG. 1 implemented by the chaotic signal generation circuit of FIG. 2;

【図4】図1の同期化装置を図2の混沌信号発生回路で
具現した詳細回路図である。
FIG. 4 is a detailed circuit diagram of the synchronization device of FIG. 1 implemented by the chaotic signal generation circuit of FIG. 2;

【図5】二つの混沌装置が同期化されなかった場合に現
れる二つの混沌装置の状態変数の波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram of state variables of two chaotic devices that appear when the two chaotic devices are not synchronized.

【図6】図6Aは同期化のための外部混沌信号の波形
図、図6B及び図6Dは二つの混沌装置の状態変数の波
形図、図6Cは二つの混沌装置の状態変数差を示す波形
図である。
6A is a waveform diagram of an external chaotic signal for synchronization, FIGS. 6B and 6D are waveform diagrams of state variables of two chaotic devices, and FIG. 6C is a waveform illustrating a state variable difference of two chaotic devices. FIG.

【図7】同期化される前のy−z位相空間での混沌引き
付けの形状を示す図である。
FIG. 7 shows the shape of chaotic attraction in the yz phase space before being synchronized.

【図8】同期化された後のy−z位相空間での混沌引き
付けの形状を示す図である。
FIG. 8 shows the shape of chaotic attraction in the yz phase space after synchronization.

【図9】zをフィードバック信号として使用するとき、
雑音がない場合、z(t)−z(t+τ)の時間遅延位
相空間での混沌引き付けの形状を示す図である。
FIG. 9: When using z as a feedback signal,
FIG. 7 is a diagram showing a shape of chaotic attraction in a time delay phase space of z (t) -z (t + τ) when there is no noise.

【図10】zをフィードバック信号として使用すると
き、雑音で同期化された場合、z(t)−z(t+τ)
の時間遅延位相空間での混沌引き付けの形状を示す図で
ある。
FIG. 10 shows z (t) −z (t + τ) when synchronized with noise when using z as a feedback signal.
FIG. 3 is a diagram showing a shape of chaotic attraction in a time delay phase space.

【図11】結合マップで同期化させなかったときに現れ
る二つの混沌装置の状態変数と二つの状態変数の差をそ
れぞれ示す波形図である。
FIG. 11 is a waveform diagram illustrating a state variable of two chaotic devices and a difference between the two state variables that appear when synchronization is not performed in the connection map.

【図12】結合マップで同期化させたときに現れる二つ
の混沌装置の状態変数と二つの状態変数の差をそれぞれ
示す波形図である。
FIG. 12 is a waveform diagram showing a state variable of two chaotic devices and a difference between the two state variables, which appear when synchronization is performed using a connection map.

【図13】結合マップで生じた同期化前のxn−yn位相
空間での混沌引き付けの形状を示す図である。
13 is a diagram illustrating a chaos attracted shape in x n -y n phase space before synchronization occurs by binding map.

【図14】結合マップで生じた同期化後のxn−yn位相
空間での混沌引き付けの形状を示す図である。
14 is a diagram illustrating a chaos attracted shape in x n -y n phase space after synchronization caused by binding map.

【図15】本発明による混沌システムの同期化装置を用
いる秘密通信システムの全体構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 15 is a block diagram showing an overall configuration of a secret communication system using the chaotic system synchronization device according to the present invention.

【図16】図15の秘密通信システムを図2の混沌信号
発生回路で具現した詳細回路図である。
16 is a detailed circuit diagram of the secret communication system of FIG. 15 implemented by the chaotic signal generation circuit of FIG. 2;

【図17】図15の秘密通信システムを図2の混沌信号
発生回路で具現した詳細回路図である。
17 is a detailed circuit diagram of the secret communication system of FIG. 15 implemented by the chaotic signal generation circuit of FIG. 2;

【図18】図15の秘密通信システムの受信機で元の情
報信号を復元する過程を説明する波形図である。
18 is a waveform diagram illustrating a process of restoring an original information signal in the receiver of the secret communication system of FIG.

【図19】ペコラとカロルが提案した従来の方法により
混沌システムを同期化させる概念を示すブロック図であ
る。
FIG. 19 is a block diagram showing a concept of synchronizing a chaotic system by a conventional method proposed by Pecora and Karol.

【図20】従来の同期化概念を用いて具現した通信シス
テムのブロック図である。
FIG. 20 is a block diagram of a communication system implemented using a conventional synchronization concept.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 主混沌システム 1’ 従属混沌システム 2 第1サブシステム 3 第2サブシステム 3’ サブシステム 10 送信機 12 駆動信号発生器 14 加算器 20 受信機 22 駆動信号再生器 24 減算器 30 主混沌装置 40 従属混沌装置 50 第1同期化部 52 第1スケーラー 54 減算器 56 第2スケーラー 58 加算器 60 第2同期化部 62 第1スケーラー 64 減算器 66 第2スケーラー 68 加算器 70 加算器 80 減算器 301、302、・・・、308 第1演算増幅器、第
2演算増幅器、・・・、第8演算増幅器 311 第1アナログ乗算器 312 第2アナログ乗算器 501 第10演算増幅器 502 第11演算増幅器 503 第12演算増幅器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main chaotic system 1 'Subordinate chaotic system 2 1st subsystem 3 2nd subsystem 3' subsystem 10 Transmitter 12 Drive signal generator 14 Adder 20 Receiver 22 Drive signal regenerator 24 Subtractor 30 Main chaotic device 40 Dependent chaos device 50 First synchronizer 52 First scaler 54 Subtractor 56 Second scaler 58 Adder 60 Second synchronizer 62 First scaler 64 Subtractor 66 Second scaler 68 Adder 70 Adder 80 Subtractor 301 , 302, ..., 308 1st operational amplifier, 2nd operational amplifier, ..., 8th operational amplifier 311 1st analog multiplier 312 2nd analog multiplier 501 10th operational amplifier 502 11th operational amplifier 503 12 operational amplifier

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5K013 FA04 JA03 5K047 AA11 EE00 GG33 GG57 MM03 MM53  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5K013 FA04 JA03 5K047 AA11 EE00 GG33 GG57 MM03 MM53

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 状態変数が相互関数関係を有する混沌信
号を発生する主混沌装置(30)と、前記主混沌装置と
同じに構成され、前記主混沌装置が発生する混沌信号に
対応する混沌信号を発生する従属混沌装置(40)とか
らなる混沌システムにおいて、 前記主混沌装置の少なくとも一つ以上の状態変数と外部
混沌信号を受信し、前記外部混沌信号によって前記主混
沌装置の状態変数を変調し、前記外部混沌信号によって
変調された状態変数を前記主混沌装置にフィードバック
する第1同期化手段(50)と、 前記主混沌装置の少なくとも一つ以上の状態変数に対応
する前記従属混沌装置の少なくとも一つ以上の状態変数
と前記第1同期化手段に印加される前記外部混沌信号を
受信し、前記外部混沌信号によって前記従属混沌装置の
状態変数を変調し、前記外部混沌信号によって変調され
た状態変数を前記従属混沌装置にフィードバックする第
2同期化手段(60)とから構成されることを特徴とす
る混沌システムの同期化装置。
1. A main chaotic device (30) for generating a chaotic signal whose state variables have a mutual functional relationship, and a chaotic signal configured identically to the main chaotic device and corresponding to the chaotic signal generated by the main chaotic device. A chaotic system comprising a subordinate chaotic device (40) generating at least one of the main chaotic devices and an external chaotic signal, and modulating the state variables of the main chaotic device by the external chaotic signal. A first synchronization means (50) for feeding back a state variable modulated by the external chaotic signal to the main chaotic device, and a first synchronizing means (50) corresponding to at least one state variable of the main chaotic device. Receiving at least one or more state variables and the external chaotic signal applied to the first synchronization means, and receiving the external chaotic signal to change a state variable of the subordinate chaotic device Modulated, the synchronization apparatus of chaotic system characterized by being configured from a second synchronizing means (60) for feeding back the status variables modulated by the external chaotic signal to the slave chaotic system.
【請求項2】 前記第1同期化手段は、 前記外部混沌信号を第1スケーリング係数でスケーリン
グする第1スケーラーと、 前記第1スケーラーによりスケーリングされた外部混沌
信号から前記主混沌装置の前記少なくとも一つ以上の状
態変数を減算する減算器と、 前記減算器の出力信号を第2スケーリング係数でスケー
リングする第2スケーラーと、 前記第2スケーラーの出力信号と前記主混沌装置の前記
少なくとも一つ以上の状態変数を加算し前記主混沌装置
にフィードバックする加算器とから構成されることを特
徴とする請求項1記載の混沌システムの同期化装置。
2. The first synchronizing means includes: a first scaler for scaling the external chaotic signal by a first scaling factor; and at least one of the main chaotic devices based on the external chaotic signal scaled by the first scaler. A subtracter for subtracting one or more state variables; a second scaler for scaling an output signal of the subtractor by a second scaling factor; and an output signal of the second scaler and the at least one of the main chaotic devices. The synchronizing device for a chaotic system according to claim 1, further comprising an adder that adds a state variable and feeds back to the main chaotic device.
【請求項3】 前記第2同期化手段は、 前記外部混沌信号を第1スケーリング係数でスケーリン
グする第1スケーラーと、 前記第1スケーラーによりスケーリングされた外部混沌
信号から前記従属混沌装置の前記少なくとも一つ以上の
状態変数を減算する減算器と、 前記減算器の出力信号を第2スケーリング係数でスケー
リングする第2スケーラーと、 前記第2スケーラーの出力信号と前記従属混沌装置の前
記少なくとも一つ以上の状態変数を加算し前記従属混沌
装置にフィードバックする加算器とから構成されること
を特徴とする請求項1記載の混沌システムの同期化装
置。
3. The second synchronizing means includes: a first scaler for scaling the external chaotic signal by a first scaling factor; and at least one of the slave chaotic devices based on the external chaotic signal scaled by the first scaler. A subtractor for subtracting one or more state variables; a second scaler for scaling an output signal of the subtractor by a second scaling factor; and an output signal of the second scaler and the at least one of the dependent chaotic devices. The synchronizing device for a chaotic system according to claim 1, further comprising an adder for adding a state variable and feeding back to the subordinate chaotic device.
【請求項4】 オン−オフ間歇性の平均ラミナー長さが
無限に長くなって前記主混沌装置と前記従属混沌装置の
混沌信号の差が0に収斂する条件で前記主混沌装置と前
記従属混沌装置が同期化されることを特徴とする請求項
1記載の混沌システムの同期化装置。
4. The main chaotic device and the subordinate chaos under the condition that the average laminar length of the on-off intermittent is infinitely long and the difference between the chaotic signals of the main chaotic device and the subordinate chaotic device converges to zero. The synchronization device of a chaotic system according to claim 1, wherein the devices are synchronized.
【請求項5】 状態変数が相互関数関係を有する混沌信
号を発生する主混沌装置を備える送信機と、前記主混沌
装置と同じに構成され、前記主混沌装置が発生する混沌
信号に対応する混沌信号を発生する従属混沌装置を備え
る受信機とからなり、前記送信機の情報信号を所定の伝
送媒体を介して前記受信機に伝達する秘密通信システム
において、 前記送信機は、 前記主混沌装置の少なくとも一つ以上の状態変数と外部
混沌信号を受信し、前記外部混沌信号によって前記主混
沌装置の状態変数を変調し、前記外部混沌信号によって
変調された状態変数を前記主混沌装置にフィードバック
する第1同期化手段と、暗号信号を発生するため情報信
号を主混沌装置の混沌信号に付加する加算器とから構成
され、 前記受信機は、 前記主混沌装置の少なくとも一つ以上の状態変数に対応
する前記従属混沌装置の少なくとも一つ以上の状態変数
と前記送信機の前記第1同期化手段に印加される前記外
部信号を受信し、前記外部混沌信号によって前記従属混
沌装置の状態変数を変調し、前記外部混沌信号によって
変調された状態変数を前記従属混沌装置にフィードバッ
クする第2同期化手段と、前記情報信号を復元するた
め、前記送信機の加算器から受信される暗号信号から前
記主混沌装置の混沌信号と同期化される前記従属混沌装
置の混沌信号を除去する減算器とから構成されることを
特徴とする秘密通信システム。
5. A transmitter comprising a main chaotic device that generates a chaotic signal whose state variables have a mutual functional relationship, and a chaos configured identically to the main chaotic device and corresponding to a chaotic signal generated by the main chaotic device. A secret communication system comprising a receiver having a slave chaos device that generates a signal, and transmitting an information signal of the transmitter to the receiver via a predetermined transmission medium. Receiving at least one or more state variables and an external chaotic signal, modulating a state variable of the main chaotic device with the external chaotic signal, and feeding back a state variable modulated by the external chaotic signal to the main chaotic device. (1) a synchronizing means, and an adder for adding an information signal to a chaotic signal of the main chaotic device to generate an encryption signal, wherein the receiver has a small number of the main chaotic device. Receiving at least one or more state variables of the slave chaotic device corresponding to one or more state variables and the external signal applied to the first synchronization means of the transmitter, and A second synchronization unit that modulates a state variable of the slave chaos and feeds back a state variable modulated by the external chaos signal to the slave chaos, and an adder of the transmitter to restore the information signal. A secret communication system, comprising: a subtractor for removing a chaotic signal of the slave chaotic device synchronized with a chaotic signal of the master chaotic device from a received encrypted signal.
【請求項6】 前記第1同期化手段は、 前記外部混沌信号を第1スケーリング係数でスケーリン
グする第1スケーラーと、 前記第1スケーラーによりスケーリングされた外部混沌
信号から前記主混沌装置の前記少なくとも一つ以上の状
態変数を減算する減算器と、 前記減算器の出力信号を第2スケーリング係数でスケー
リングする第2スケーラーと、 前記第2スケーラーの出力信号と前記主混沌装置の前記
少なくとも一つ以上の状態変数を加算し前記主混沌装置
にフィードバックする加算器とから構成されることを特
徴とする請求項5記載の秘密通信システム。
6. The first synchronization means includes: a first scaler for scaling the external chaotic signal by a first scaling factor; and at least one of the main chaotic devices from the external chaotic signal scaled by the first scaler. A subtracter for subtracting one or more state variables; a second scaler for scaling an output signal of the subtractor by a second scaling factor; and an output signal of the second scaler and the at least one of the main chaotic devices. 6. The secret communication system according to claim 5, further comprising an adder for adding a state variable and feeding back to the main chaotic device.
【請求項7】 前記第2同期化手段は、 前記外部混沌信号を第1スケーリング係数でスケーリン
グする第1スケーラーと、 前記第1スケーラーによりスケーリングされた外部混沌
信号から前記従属混沌装置の前記少なくとも一つ以上の
状態変数を減算する減算器と、 前記減算器の出力信号を第2スケーリング係数でスケー
リングする第2スケーラーと、 前記第2スケーラーの出力信号と前記従属混沌装置の前
記少なくとも一つ以上の状態変数を加算し前記従属混沌
装置にフィードバックする加算器とから構成されること
を特徴とする請求項5記載の秘密通信システム。
7. The second synchronizing means includes: a first scaler that scales the external chaotic signal by a first scaling factor; and at least one of the subordinate chaotic devices from the external chaotic signal scaled by the first scaler. A subtractor for subtracting one or more state variables; a second scaler for scaling an output signal of the subtractor by a second scaling factor; and an output signal of the second scaler and the at least one of the dependent chaotic devices. 6. The secret communication system according to claim 5, further comprising an adder that adds a state variable and feeds back to the subordinate chaotic device.
【請求項8】 オン−オフ間歇性の平均ラミナー長さが
無限に長くなって前記主混沌装置と前記従属混沌装置の
混沌信号の差が0に収斂する条件で前記主混沌装置と前
記従属混沌装置が同期化されることを特徴とする請求項
5記載の秘密通信システム。
8. The main chaotic device and the subordinate chaos under the condition that the average laminar length of the intermittent on-off is infinite and the difference between the chaotic signals of the main chaotic device and the subordinate chaotic device converges to zero. The secret communication system according to claim 5, wherein the devices are synchronized.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100805888B1 (en) 2004-06-30 2008-02-20 배재대학교 산학협력단 Chaos Synchronization Device by Latency Modulation and Communication Device Using the Same
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