TD-ERCS混沌伪随机序列发生器的FPGA实现与优化

"该文介绍了一种混沌伪随机序列发生器在FPGA（现场可编程逻辑门阵列）上的实现方法。基于TD-ERCS（切延迟椭圆反射腔映射混沌系统）混沌理论，作者对原有的算法进行了优化，使得密钥空间减小到2^160，同时采用了双精度浮点运算。设计选用了Cyclone系列的EP1C20F400芯片，实验结果显示，硬件电路占用17716个逻辑单元，占芯片资源的88%，工作频率为50MHz，伪随机序列产生速率为10Mbps。" 本文主要探讨了混沌理论在生成伪随机序列中的应用，特别是如何利用FPGA进行硬件实现。混沌理论是一种复杂且非线性的动态系统理论，它在密码学中具有潜在的应用价值，因为混沌系统产生的序列具有高度的不确定性和不可预测性，这使得它们成为构建安全伪随机序列发生器的理想选择。 TD-ERCS混沌系统是一种混沌映射，通过切延迟和椭圆反射来创建复杂的动力学行为。在本文中，作者提出了一种改进的算法，旨在简化硬件实现的同时，保持混沌序列的随机性和安全性。这种优化措施包括减少密钥空间，从而降低硬件资源的需求。 在实现过程中，采用双精度浮点运算确保了混沌序列生成的精确性，这对于保持混沌序列的统计特性至关重要。双精度运算提供了更高的数值精度，有助于减少由于舍入误差导致的规律性，从而增强序列的随机性。 FPGA是一种可重构的硬件平台，能够灵活地实现复杂的算法，使其成为混沌伪随机序列发生器的理想选择。文章中选择了Cyclone系列的EP1C20F400芯片，这是一个常用的FPGA型号，具有较高的集成度和处理能力。经过设计和仿真，硬件电路占用的资源得到了有效的控制，且能达到较高的工作频率和伪随机序列产生速率。 实验结果表明，这种混沌伪随机序列发生器在FPGA上的实现是可行且高效的，能够在有限的硬件资源下提供高安全性的随机序列。这样的研究成果对于信息安全领域，尤其是加密算法的设计和实现，具有重要的理论和实践意义。 关键词涉及混沌理论、切延迟椭圆反射腔映射混沌系统、混沌伪随机序列发生器、FPGA以及统计特性，强调了这些概念在设计和实现高效安全的伪随机序列发生器中的作用。此外，文章还提到了混沌理论在信息加密的核心地位以及近年来混沌密码理论和FPGA在这一领域的研究进展。