在國家愈發(fā)重視網(wǎng)絡安全的大背景下,加快密碼基礎設施建設稱為各企業(yè)和政府部門的重要任務。設計的密碼系統(tǒng)和密鑰產(chǎn)生器是建設行業(yè)密碼支撐體系關(guān)鍵的一環(huán)。由于混沌具有良好的偽隨機特性,與密碼學緊密相關(guān)。混沌系統(tǒng)和混沌密碼學將迎來新一輪爆發(fā)。
網(wǎng)絡安全是國家戰(zhàn)略,近年來頻發(fā)的網(wǎng)絡安全事件也使人們意識到信息安全是各行業(yè)不可回避的問題。對此,國家通過立法,發(fā)布相關(guān)行業(yè)的指導意見等方式規(guī)定政府部門和企業(yè)需要建設相關(guān)的密碼支撐體系。《混沌電路工程》提供的130余中混沌系統(tǒng)可以為這些行業(yè)的密碼系統(tǒng)提供參考,具有良好的市場前景。
《混沌電路工程》介紹混沌電路工程中的技術(shù)問題,包括兩個基本內(nèi)容,第一,介紹約130種混沌電路,包括經(jīng)典電子、經(jīng)典蔡氏、CNN、純運算放大器、Jerk、交叉項非線性、憶阻、滯回非線性、非自治、自然界系統(tǒng)模擬、多渦漩、同步及控制、保密通信混沌電路,以及靜態(tài)非線性函數(shù)電路單元;第二,混沌電路研究方法專題,包括幾個實用動態(tài)非線性電路問題與混沌電路特殊研究方法的幾個實用技巧;*后是附件與彩圖。本書收集了國內(nèi)外眾多混沌電路資料,也收集了作者多年來的科學研究成果。
《混沌電路工程》可以作為了解混沌現(xiàn)象入門書籍。也可以作為混沌電路設計、基于混沌的同步、控制、保密通信方案等工程應用的參考書。書中涉及的混沌系統(tǒng)可以作為優(yōu)質(zhì)密鑰產(chǎn)生方案用在對稱密鑰方面。在混沌電路設計和工程應用方面具有指導意義。
適讀人群 :可以作為混沌電路設計、基于混沌的同步、控制、保密通信方案等工程應用的參考書。優(yōu)質(zhì)密鑰產(chǎn)生方案用在對稱密鑰方面有指導意義 混沌電路是目前網(wǎng)絡安全中密碼生成、密鑰生成,國防安全中保密通信技術(shù)以及人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡的基礎。這個學科一直很神秘,而且很多從從事簡單密碼工作的人,都只是應用現(xiàn)成的算法,并不知道其本質(zhì)是來自混沌電路理論。這本書是我國混沌電路領域里近年來W一的專著,在目前國家將網(wǎng)絡安全列為國家戰(zhàn)略的如今,是非常重要的學術(shù)專著,值得向所有從事網(wǎng)絡安全以及基礎電路研究領域的專業(yè)人士推廣。
20 世紀是人類歷史上的偉大世紀。1900 年,希爾伯特在巴黎召開的第二屆世界數(shù)學家大會上的著名演講中提出了 23 個數(shù)學難題,這是牛頓 - 歐幾里得經(jīng)典體系的最后的歷史宣戰(zhàn)。20世紀的開端迎來了世界物理學新體系的黎明,愛因斯坦于 1905 年和 1916 年提出來的相對論,以及波爾等人在 20 世紀 30 年代完成的量子力學證明,讓人類對宇宙的認知進入了新的時期;1931 年哥德爾提出了以他的名字命名的哥德爾定理,這是人類認識自然世界的歷程中偉大的里程碑。之后電子計算機、DNA 等人類歷史上的重大發(fā)明和發(fā)現(xiàn)逐一出現(xiàn),并且多數(shù)發(fā)生在 20世紀上半葉,20 世紀下半葉雖然成就輝煌,但是遜色于 20 世紀上半葉,因為 20 世紀上半葉的成就是生根破土,下半葉的成就是開花結(jié)果。相信人類已經(jīng)進入的 21 世紀也必定碩果累累。也許,基礎成就可能略遜一籌,但是歷史成果將驚天動地。
筆者從事電子科學與技術(shù),態(tài)度忠誠、勤奮、執(zhí)著、堅守、不為他動乃至終生,最終發(fā)現(xiàn)電子科學技術(shù)的最高境界就是非線性電子技術(shù),電子科學技術(shù)中模擬電子科學技術(shù)發(fā)展到非線性階段,完成了一個多世紀發(fā)展的完整周期,電子科學技術(shù)不會停步,但是它的生命周期已經(jīng)完整,就像完工的航船,它的發(fā)展不是航船的建設而是航船的航行問題,因為它已經(jīng)駛?cè)肷詈。從電子科學技術(shù)課程體系來看,模擬電子技術(shù)的主干是電磁學——電路基礎(電路分析)——基礎模擬電子學——通信電子學(曾用名為高頻電子學、非線性電子學等)——非線性電子學。至此,電子學的發(fā)展畫上了句號。這里要說明的是,混沌電子學的范疇應該包括數(shù)字混沌電子學內(nèi)容,筆者對此并不持有反對態(tài)度,但是作為學科范疇的劃分,這一部分不在混沌電子學的主干線上。
本課題組非線性研究先以科學前沿研究為出發(fā)點,之后才開設研究生課程,包括碩士研究生與博士研究生的課程,并擴展到本科生的畢業(yè)論文與畢業(yè)設計指導。近年來,隨著非線性科學內(nèi)容介紹到中學課本(見參考文獻 [1])中,已經(jīng)出現(xiàn)了中學生了解非線性科學成果的需求。在高職高專學校,也有部分專業(yè)的教師與學生介入到了混沌電路的科技創(chuàng)新中。截至目前,科學技術(shù)領域發(fā)表了大量的、類型繁多的混沌電路論文與技術(shù)報告,同時許多初涉本領域的科技工作者迫切需要一本比較全面介紹混沌電路匯編的書。筆者認為,出版一本資料型混沌電路書的時機已經(jīng)到來,本書就是在這樣的背景下編寫出來的。
本書的寫作目的,是向讀者提供一本手冊式的混沌電路匯編書籍,不奢求闡述深刻,但追求核心內(nèi)容豐富與講解深入淺出,使讀者不必具有較深的專業(yè)基礎就能得到頗為意外的收獲,將深奧的混沌電路知識在相對輕松的閱讀過程中得以掌握。要求讀者具有理工科基礎電工學知識即可,甚至有些高中生也能夠讀懂本書的所有內(nèi)容。對于專業(yè)工作者,本書提供手冊式的混沌電路匯編,特別適合混沌電路實驗工作者使用。本書內(nèi)容還試圖向高職高專學校滲透,提供一本適合高職高專教師專用的書籍。
本書內(nèi)容主要包含國內(nèi)外混沌電路設計的成果,在國內(nèi)與國外成果選取中,國內(nèi)所占比例較大,在國內(nèi)成果選取中本書作者所在團隊成果選取比例較大,突出了三個團隊科研人員的研究成果,分別是魯南經(jīng)貿(mào)學院(原山東外國語職業(yè)學院)信息工程學院、蘭州大學信息科學與工程學院電路與系統(tǒng)研究所、西北師范大學物理與電子科學學院及其畢業(yè)后繼承這一方向的科研人員,另外,為了使得本書內(nèi)容更加具有廣泛性,適當收集了國內(nèi)外學者的一些重要成果,對于他們的工作,我們表示深深的謝意。
參加本書中所介紹的項目研究工作的人員有蘭州大學教師杜桂芳、李守亮、林宇等,研究生徐冬亮、朱雪峰、舒秀發(fā)、齊春亮、王兆濱(博士)、陳昱蒞(博士)等,本科生李生華、王紹偉、張志強、鄧玉華等;西北師范大學教師楊志民(教授)、馬勝前(教授),研究生張潔、閆紹輝、呂恩勝、裴東、張媛等;山東外國語職業(yè)技術(shù)大學的杜琳(副教授)、許崇芳(副教授)、孫洪濤(博士)、高巖、秦玉嬌等。
本書基于的本課題組成果有專著 3 部,SCI、EI、CSCD、CSSCI 等論文 30 余篇,發(fā)明與
實用新型專利 50 余項,省級科研立項 2 項,省市級科學技術(shù)成果及獎勵多項,“非線性(混沌)電路試驗箱”產(chǎn)品已經(jīng)開始推廣使用,指導十余項碩士與博士學位論文及約二百項本科生畢業(yè)論文與畢業(yè)設計報告,指導數(shù)名高中生的社會實踐活動。這些成果是構(gòu)成本書結(jié)構(gòu)的磚瓦與基石。
筆者在決定編寫本書時已經(jīng)七十多歲了。從事混沌電路教學、科研、科普工作的十八年,正是國際政治風云變幻、科學技術(shù)波瀾壯闊的時代,筆者直接接觸或深度接受本領域國際國內(nèi)一流科學家的思想與方法,職業(yè)生涯涉及指導博士生、碩士生、本科生、?粕街行W生的各種學生與相關(guān)人員,深知他們的思想狀況,也認真地觀察過歐美國家的本領域核心人物的思想方法,結(jié)合筆者終生從事的電子學電路的教學、科研、工程、科普等專業(yè),雖一開始無意于將本書編寫成高大上的著作,也僅僅是編寫一本資料性的混沌電路工程工具書,但是,越編寫越是覺得有必要基于非主流混沌電路編寫一本混沌著作......
張新國,1970年畢業(yè)于蘭州大學現(xiàn)代物理系原子核物理學專業(yè),畢業(yè)后主要從事于電子與信息領域的教學與研究工作,研究方向為混沌電路、混沌同步與控制、基于混沌的保密通信技術(shù)。
劉冀釗,畢業(yè)于蘭州大學信息科學與工程學院,現(xiàn)在中山大學數(shù)據(jù)科學與計算機學院做博士后,研究方向為非線性動力學系統(tǒng),保密通信技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡。
熊麗,女,河西學院物理與機電工程學院副教授,博士研究生,研究方向是非線性電路與系統(tǒng),混沌理論及應用
前言
第1章 緒論-非線性科學與混沌電路
1.1 從經(jīng)典線性科學到現(xiàn)代非線性科學
1.2 混沌電路研究的特殊地位
1.3本書主要內(nèi)容與閱讀方法
第2章 非線性電路系統(tǒng)
第1單元 經(jīng)典電子電路中的混沌現(xiàn)象
第2單元 經(jīng)典蔡氏電路
2.2.1 雙運放三折線負阻蔡氏電路
2.2.2 基本量綱雙運放三折線負阻蔡氏電路
2.2.3 單運放負阻二極管嵌位蔡氏電路
2.2.4 單運放負阻雙二極管串接蔡氏電路
2.2.5 有源電感雙運放三折線負阻蔡氏電路
2.2.6 蔡氏電路電感電流顯示電路
第3單元 細胞神經(jīng)網(wǎng)絡(CNN)混沌電路
第4單元 純運算放大器混沌電路
第5單元 級聯(lián)反相積分器(Jerk)混沌電路
第6單元 交叉項非線性混沌電路
第7單元 憶阻混沌電路
第8單元 滯回非線性混沌電路
第9單元 非自治混沌電路
第10單元 自然界混沌系統(tǒng)電路模擬
第11單元 多渦漩混沌電路
第12單元 混沌電路的同步及其控制
第13單元 混沌保密通信電路
第3章 靜態(tài)非線性函數(shù)電路單元
3.1 二極管非線性電路
3.2 雙曲正弦與反雙曲正弦非線性電路
3.3 開關(guān)二極管非線性電路
3.4 三極管非線性電路
3.5 靜態(tài)絕對值非線性
3.6 限幅三折線非線性函數(shù)電路
3.7 階躍(符號)非線性函數(shù)電路
3.8 五折線鋸齒波非線性電路
3.9 多折線非線性電路
3.10 二次方電路
3.11 三次冪電路及拓撲等效三次型非線性
3.12 Sigmoid函數(shù)及其電路模擬
3.13 負電阻電路
3.14 電壓滯回非線性電路
第4章 幾個動態(tài)非線性電路問題
4.1 動態(tài)線性積分器電路單元
4.1.1 積分器電路單元
4.1.2 基本積分器電路單元
4.1.3 反相加法積分器電路單元
4.1.4 含自身輸入的積分器電路單元
4.1.5 應用舉例
4.2 歸一化線性積分器電路
4.2.1 歸一化的來由
4.2.2 歸一化混沌動力學系統(tǒng)的變量值域
4.2.3 歸一化混沌動力學系統(tǒng)給混沌電路帶來的問題
4.3 線性積分器電路標度化
4.4 混沌電路設計優(yōu)化
4.5 仿真電感單元
4.6 憶阻非線性測量
4.7 有源短路線
4.7.1 有源短路線
4.7.2 有源短路線測量蔡氏電路電感電流
4.7.3 有源短路線測量憶阻電流
第5章 混沌電路研究方法的幾個技巧
5.1 幾個VB仿真技巧
5.2 如來方程與悟空程序
5.2.1 如來方程
5.2.2 悟空程序
5.2.3 執(zhí)行結(jié)果及其分析
5.2.4 計算機數(shù)值計算的晉階說明
5.3 EWB仿真的兩個小技巧
5.4 混沌相圖立體顯示的兩個小技巧
5.5 混沌電路跳線器式實驗板的使用
5.6 混沌相圖紅藍3D眼鏡的使用
附件
1. 混沌電路公式庫相圖顯示結(jié)構(gòu)化VB程序
2. 彩色版圖
參考文獻
后記