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一种混合混沌语音加密系统摘要：利用Devaney混沌理论，设计了一个复合混沌映射的加密函数，并且证明算法的迹对有限小数的初始值非周期。我们随后基于此设计了加密算法，实现了对语音文件的加密。随后设定仿真实验。本文实现了密钥敏感性分析、统计分析、对密文和明文的相关分析。实验结果表明该系统加密性能良好，具有巨大的密钥空间。同时它具有良好的雪崩效应，有效抵抗穷举和统计分析。关键字复合混沌、语音编码、语音加密、密钥分析1、介绍随着社会发展，语音通信需求逐渐变大，语音通信技术随之发展，但是对该技术的攻击越来越严重，所以信息安全吸引了人们的更多注意力。混沌动力学系统已经广泛应用于加密算法。混沌映射的特征包括初始状态敏感性，拓扑传递性和周期点的密度，混沌序列产生的是伪随机序列具有良好的随机性，相关，和复杂性，但结构复杂，难以分析和预测，因此，混沌序列的混沌动力系统产生实现加密可以满足序列加密算法的安全性要求。文献[4]提出了一种复合非线性混沌伪随机数生成算法，然而，由于计算机有限精度，难以避免短周期的影响。因此本文设计了一种改进的可有效避免短周期的混合混沌系统的伪随机码发生器。并证明了它在理论上是没有周期，并将其应用到语音加密，通过实验，密码文本具有更好的分布特征，它可以有效抵抗统计分析，从而保证了加密系统的很高安全性。2、混沌的定义和特性目前混沌没有统一的定义，这里介绍Devaney定义：集合V是度量空间，X、Y是V的开子集，F是一个连续映射，V→V，如果满足一下三个条件，就称f是在V上的混沌。（1）f对初始值敏感。也就是说∀ε0,对于任意x∈V,有δ0,有自然数n和实数y在x的δ领域，d(f𝑛(𝑥)−f𝑛(𝑦))𝜀是正确的。（2）f具有拓扑传递性，也就是说∀X、Y⊂U，K0,有𝑓𝑘(𝑋)⋂𝑌≠𝜙（3）f的周期点集T是V的密集。也就是说∀x∈V,∀ε0,对于任意∀y∈T,不等式|𝑦−𝑥|ε丰富的混沌特性：对参数和初始值的敏感性，遍历性和随机性。3、复合混沌系统设计复合混沌系统设计如下：混沌序列在函数和之间选择，选择情况由决定，混沌序列流{𝑦𝑛}作为密码流，该系统比单混沌系统复杂，有更好的随机性。由文献4提出的复合混沌系统如下：设初始值为𝑦0，一旦因计算机的有限精度出现循环现象。有𝑦𝑁，𝑦0=𝑦𝑁，该混沌序列有周期N，但对于本文的复合混沌系统，即使有𝑦0=𝑦𝑁，也很难保证(𝑥𝑖−0.5)和(𝑥𝑖+𝑁−0.5)具有相同的符号，如果出现𝑥𝑖+𝑁，使得(𝑥𝑖−0.5)和(𝑥𝑖+𝑁−0.5)异号，序列就会跳出原始周期轨迹。由于计算机的有限精度，F(x,y)的性能在计算机中的周期性不可避免。然而，由于其复杂的动力学行为，它可以保证即使在计算机有限精度足够大的周期仍然是存在的，它可以有效地抵抗统计分析。4、加密和解密算法描述4．1语音文件加密设计（1）集合S是语言文件的采样点序列，S=𝑠1𝑠2𝑠3…𝑠𝑛，𝑠𝑖是语言间的采样点的值，且𝑠𝑖∈[−1,1]，其中i=1,2,3…,n。（2）对S的编码，得到平铺的序列M=[NxS],其中[]是舍入符号，N是整数，设N=255，也就是说平铺序列是M=𝑚1𝑚2…𝑚𝑛,𝑚𝑖∈[−255,255],𝑖=1,2,…,𝑛（3）设置初始值𝑥0∈[0,1],𝑦0∈[−1,1],作为密钥，混沌序列𝑦1𝑦2…𝑦𝑛由F(x,y)迭代产生，同uo以上方式的编码，得到密码序列流P=𝑝1,𝑝2,…,𝑝𝑛,𝑝𝑖=[255∗𝑦𝑖],𝑖=1,2,…,𝑛（4）加密的明文流，𝑐𝑖=𝑝𝑖⊕𝑚𝑖,得到加密的密文流C=𝑐1𝑐2…𝑐𝑛，其中⊕表示异或。4.2解密设计和𝑐𝑖=𝑝𝑖⊕𝑚𝑖一样，𝑚𝑖=𝑐𝑖⊕𝑝𝑖，事实上，解密过程是加密过程的反过程，最终编码得到解密文件𝑆‘=𝑀2555、加密性能的仿真结果与分析（1）密钥空间分析该密钥空间是1014∗2∗1014，由于系统密钥是混沌映射的初始值，且是在-1和1之间的十进制书，精度是1014，该密钥空间等效于94比特的密钥。密钥空间是如此之大，可以抵抗蛮力攻击的硬件。（2）加密信息的时域和频域分析为了分析时间域和频率域的加密的文件，我们做了相应的MATLAB仿真实验，和原始语音信号是PCM格式的，采样频率是44KHz，采样位数是16比特，比特率是1411kbps，语言文件格式WAV的。分析加密前后录音“Chaos”的时域和频域信息，密钥是𝑥0=0.521,𝑦0=0.12原始语言信号加密的语言信号解密的语言信号（4）密钥敏感性分析好的密码系统应该对密钥的变化极其敏感，也就是说密钥的雪崩现象。算法的敏感的初始测试，使用(𝑥0′,𝑦0)和(𝑥0,𝑦0′),解密加密的文件，满足(𝑥0′−𝑥0)=10−11,(𝑦0′−𝑦0)=10−11作为密钥，(𝑥0,𝑦0)是加密密钥。（5）相关分析对于轨迹数据之间的相关性需要减小，保证在语言文件数据轨迹中很高的相关特性。随机选取2000个(𝑥𝑖,𝑥𝑖+1)数据轨迹测试语言端，计算它们的数据相关系数。得到选取点加密前的相关系数为0.9927，加密后的相关系数为0.028.可以看出加密前数据相关性很强，加密后破坏了数据的相关性。数据分散到整个空间中了。6结论本文基于混沌理论设计了一种语言加密系统。原始文件加密是通过一个复杂的混沌映射产生的混沌序列流产生的密文，然后编码，异或音频文件。实验结果表明，系统具有较高的安全性，它的密钥有一个良好的雪崩效应，并具有良好的统计特性的随机密码文本。