第1章緒論
1.1線性、非線性與混沌
1.2混沌研究歷程
1.3混沌發展中的重要人物與趣事
1.4混沌的定義與特征
1.5混沌同步方法研究綜述
1.5.1現有混沌同步方法及其特點
1.5.2其他同步方法與問題
1.6混沌在信息安全中的應用研究綜述
1.6.1混沌模擬通信
1.6.2混沌數字通信
1.6.3基於混沌序列的加密通信
1.7混沌研究方法與主要研究內容
思考題
參考文獻
第2章非線性繫統的混沌特性分析方法
2.1相軌線(相圖)分析法
2.2自功率譜分析法
2.3Poincaré截面法
2.4Lyapunov特征指數法
2.4.1Lyapunov指數的定義
2.4.2Lyapunov指數譜
2.4.3Lyapunov指數的物理意義
2.4.4條件Lyapunov指數
2.5分數維分析法
2.601測試法
2.6.101測試算法
2.6.2改進的01測試算法
2.6.301測試法應用
2.7分頻采樣法
2.8贗相空間法
2.9復雜度測度法
2.9.1譜熵復雜度算法
2.9.2C0復雜度算法
2.9.3排列熵算法
2.9.4網絡排列熵算法
2.10SALI算法
思考題
參考文獻
第3章典型混沌動力學繫統
3.1離散混沌映射繫統
3.1.1Logistic映射
3.1.2Tent映射
3.1.3Hénon映射
3.1.4TDERCS映射
3.2連續混沌繫統
3.2.1Duffing振子
3.2.2van der Pol振子
3.2.3Lorenz繫統
3.2.4Rssler繫統
3.2.5蔡氏電路
3.2.6Chen繫統
3.2.7Lü繫統
3.2.8統一混沌繫統
3.2.9簡化Lorenz繫統
3.2.10新混沌繫統的建議標準
3.3超混沌繫統
3.3.1Rssler超混沌繫統
3.3.2Chen超混沌繫統
3.3.3折疊毛巾超混沌映射
3.3.42DSIMM超混沌映射
思考題
參考文獻
第4章混沌繫統的同步原理與方法
4.1混沌同步定義
4.2混沌同步繫統的性能指標
4.3反饋同步控制原理與性能
4.3.1連續混沌繫統的多變量驅動反饋同步
4.3.2離散混沌繫統的線性和非線性反饋同步
4.4基於PecoraCarroll同步判據的參數自適應同步
4.4.1自適應同步原理
4.4.2控制律與控制參數的選擇
4.4.3控制常數邊界與範圍的確定
4.4.4繫統仿真與結果討論
4.5基於Lyapunov穩定性理論的自適應同步
4.5.1確定參數的自適應同步
4.5.2不確定參數的自適應同步
4.6間歇反饋同步
4.6.1不同繫統間的間歇同步
4.6.2同步仿真與性能分析
4.7基於狀態觀測器方法的混沌同步
4.7.1狀態觀測器設計原理
4.7.2統一混沌繫統的狀態觀測器設計
4.7.3仿真與結果討論
4.8混沌觀測器同步
4.8.1混沌觀測器設計原理
4.8.2統一混沌繫統的混沌觀測器設計
4.8.3同步仿真與性能分析
4.9投影同步
4.9.1比例投影同步原理與仿真
4.9.2函數投影同步原理與仿真
4.9.3自適應函數投影同步與仿真
4.10分數階時延Lorenz混沌繫統網絡同步
4.10.1分數階時延混沌繫統環狀網絡同步算法
4.10.2分數階時延Lorenz混沌繫統網絡同步求解
4.10.3分數階時延Lorenz混沌繫統網絡同步仿真
4.11混沌同步存在的問題與研究熱點
思考題
參考文獻
第5章基於混沌同步的保密通信技術
5.1混沌掩蓋通信
5.2混沌鍵控通信
5.2.1COOK
5.2.2CSK
5.2.3DCSK
5.2.4FMDCSK
5.2.5QCSK
5.3混沌調制通信
5.4混沌擴頻通信
5.4.1混沌直接序列擴頻通信原理
5.4.2混沌擴頻碼的產生
5.4.3多用戶混沌擴頻繫統仿真模塊設計
5.4.4基於Rake接收的多用戶混沌擴頻繫統的設計與仿真
5.4.5基於Rake接收的多用戶混沌擴頻繫統的性能分析
思考題
參考文獻
第6章基於混沌序列的信息加密技術
6.1混沌密碼學
6.1.1傳統密碼體制
6.1.2混沌密碼與傳統密碼的關繫
6.1.3混沌序列加密原理
6.2基於混沌序列的信息加密算法
6.2.1混沌加密算法的基本要求
6.2.2Logistic混沌繫統及其統計特性
6.2.3混沌序列加密模型與算法
6.2.4基於混沌序列的數據加密算法實現
6.2.5繫統調試與性能分析
6.3基於混沌映射的二值水印圖像加密算法
6.3.1混沌偽隨機序列發生器的改進
6.3.2基於TDERCS混沌映射的二值水印圖像加密算法
6.3.3加密算法的性能分析
6.4基於混沌映射和小波變換的彩色圖像水印算法
6.4.1小波變換算法及其應用
6.4.2水印嵌入與提取算法的設計與實現
6.4.3數值仿真與性能分析
思考題
參考文獻
第7章混沌圖像加密算法原理與設計
7.1混沌圖像加密理論基礎
7.1.1混沌圖像加密算法基本原理
7.1.2混沌繫統的選擇
7.1.3圖像加密算法的性能評估
7.2基於循環移位的混沌圖像快速加密算法
7.2.1圖像加解密算法設計
7.2.2安全性與時間復雜度分析
7.2.3彩色圖像拓展算法及其性能分析
7.3基於DNA和混沌的圖像加密算法
7.3.1DNA運算規則
7.3.2DNA加密算法設計
7.3.3圖像加解密實驗結果
7.4基於位水平的混沌圖像加密算法
7.4.1圖像加解密算法設計
7.4.2算法的安全性分析
7.4.3算法的位水平方面分析
7.4.4計算復雜度分析
7.5基於混沌和壓縮感知的圖像加密算法
7.5.1圖像壓縮與加密算法
7.5.2算法壓縮性能分析
7.5.3算法安全性分析
7.5.4算法實用性分析
思考題
參考文獻
第8章音視頻混沌加密通信技術
8.1實時語音加密通信原理
8.1.1數字加密通信繫統原理
8.1.2實時語音加密通信繫統
8.1.3密碼同步技術
8.2實時數據流加密算法
8.2.13DES加密算法
8.2.23DES與混沌映射相結合的加密算法
8.2.3網絡同步方法研究
8.2.4實時語音加密通信繫統的安全性能分析
8.3實時語音加密通信繫統的實現
8.3.1實時語音加密通信繫統結構
8.3.2實時傳輸協議及其數據結構
8.3.3基於自適應通信環境的RTP實現
8.3.4繫統調試與性能測試
8.4基於混沌序列的MPEG視頻加密算法
8.4.1混沌加密繫統的設計原則
8.4.2MPEG視頻數據加密原理與步驟
8.4.3基於混沌的流密碼設計
8.4.4基於混沌的置亂算法設計
8.4.5加密實驗與效果分析
8.4.6MPEG視頻加密繫統性能分析
8.5基於混沌的H.264視頻加密算法
8.5.1基於TDERCS的混沌流密碼的構造
8.5.2H.264視頻加密方案
8.5.3視頻加密性能分析
思考題
參考文獻
第9章分數階混沌繫統的分析與仿真
9.1分數階混沌繫統的研究現狀
9.2分數階微積分定義及其物理意義
9.3分數階混沌繫統的求解方法
9.3.1分數階混沌繫統的頻域近似求解方法
9.3.2分數階混沌繫統的時域近似求解方法
9.4分數階混沌繫統仿真方法
9.4.1分數階混沌繫統動態仿真方法
9.4.2分數階混沌繫統電路仿真方法
9.4.3分數階混沌繫統數值仿真方法
9.4.4仿真方法對比與特點分析
9.5基於頻域法的分數階統一繫統動力學特性分析
9.5.1分數階統一混沌繫統模型
9.5.2分數階統一混沌繫統的動態仿真
9.5.3參數固定時分數階統一繫統的動力學特性
9.5.4參數變化時分數階統一繫統的動力學特性分析
9.6基於時域法的分數階非耗散Lorenz繫統的動力學特性
9.6.1分數階非耗散Lorenz繫統模型
9.6.2分數階非耗散Lorenz繫統的混沌特性
9.6.3繫統控制參數R不同時的分岔特性分析
9.6.4分數階階數不同時的分岔特性
9.6.5方程微分階數不同時的分岔特性
思考題
參考文獻
第10章混沌繫統的仿真與電路實現
10.1混沌繫統的動態仿真
10.1.1Simulink動態仿真步驟
10.1.2仿真結果分析與性能改善
10.2混沌繫統的電路仿真
10.3混沌模擬電路設計
10.3.1混沌模擬電路設計步驟
10.3.2混沌電路模塊化設計
10.3.3混沌電路的基本器件選型
10.4混沌電路的改進型模塊化設計
10.4.1基於OA器件的多渦卷Jerk電路設計
10.4.2基於CC器件的多渦卷Jerk電路設計
10.4.3多渦卷Jerk電路實現
10.5混沌繫統的DSP設計與實現
10.5.1混沌繫統的DSP實驗平臺
10.5.2整數階混沌繫統的DSP實現
10.5.3分數階混沌繫統的DSP實現
10.5.4離散混沌繫統的DSP實現
10.6混沌繫統的FPGA設計與實現
10.6.1電路結構的設計與優化
10.6.2分數階簡化Lorenz繫統混沌信號發生器的設計
10.6.3實驗結果與分析
思考題
參考文獻
附錄A混沌及其應用研究領域的主要學術期刊
附錄B混沌特性分析MATLAB源程序

自從1963年氣像學家Lorenz發現混沌現像以來，混沌得到了廣泛而深入的研究，混沌理論被譽為20世紀繼相對論、量子理論後的第三大科學理論革命。特別是1990年美國海軍實驗室的Pecora和Carroll發現混沌同步後，便掀起了混沌及其在信息安全領域研究的熱潮，經過30多年的研究和發展，混沌保密通信、混沌密碼學正成為信息安全技術領域中高新技術新的生長點。一方面，混沌的應用將不斷促進人們對混沌本質的深刻認識； 另一方面，混沌應用中提出的新問題也將進一步引領混沌研究的深入。雖然混沌保密通信與混沌信息安全技術離實際應用還有較長的路要走，但其應用前景廣闊。
本書在《混沌保密通信原理與技術》的基礎上進行了補充修訂，全書共10章。第1章綜述了混沌研究的歷史，介紹了混沌發展中的重要人物與趣事，評述了混沌同步控制技術和混沌信息安全技術研究進展； 第2章闡述了非線性繫統的混沌特性分析方法； 第3章介紹了典型混沌動力學繫統模型； 第4章通過實例討論了混沌繫統的同步控制原理與方法； 第5章討論了基於混沌同步的保密通信技術與方案； 第6章討論了基於混沌序列的信息加密技術； 第7章研究了混沌數字圖像加密算法設計與實現； 第8章研究了基於混沌的音視頻實時加密通信技術； 第9章研究了分數階混沌繫統的研究進展、動力學特征分析與仿真方法； 第10章研究了混沌繫統的仿真與電路實現技術。為了方便讀者掌握書中的重要知識點，作者在每章的後列出了少量思考題，為教師安排課後訓練提供便利。為了方便大家查找相關文獻和及時發表研究成果，作者將混沌及其應用研究領域的主要學術期刊作為本書的附錄A； 為了方便讀者迅速掌握混沌研究方法，作者把課題組研究積累的有關分析算法程序進行了整理，作為本書的附錄B。
本書是作者在總結課題組從事該領域研究成果的基礎上，參閱大量國內外相關文獻資料編寫而成的。在作者從事該領域的研究過程中，先後得到了美國威斯康星大學J.C.Sprott教授，華南理工大學丘水生教授，廣東工業大學禹思敏教授，杭州電子科技大學王光義教授，湖南大學王春華教授，中南大學張泰山教授教授和朱從旭教授的指導和幫助，作者對以上諸位先生的關懷和指導表示誠摯的謝意！在本書的編寫過程中，還得到歷屆研究生的積極參與和大力支持，在此表示衷心的感謝！感謝國家自然科學基金項目(No.61161006，61573383，11747150,61901530)的資助！
由於作者水平有限，書中難免有不妥之處，敬望讀者不吝賜教。
孫克輝王會海賀少波
2021年7月於長沙