[논문 리뷰] Discrete Chaotic Sequence based on Logistic Map in Digital Communications

Vijay H. Mankar, Tirtha Shankar Das외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 11.

Chaos-based Image/Signal Encryption참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 확산 스펙트럼(SS) 통신 및 디지털 워터마킹에 사용하기 위해 양자화된 로지스틱 맵 반복을 통해 생성된 이산 혼돈 수열을 제안한다. 초기 조건에 대한 민감성에 기반하여, 우수한 통계적 성질을 갖는 가짜 랜덤 노이즈(PN) 수열을 생성함으로써, 최소한의 하드웨어 복잡도로 강력하고 안전하며 유연한 SS 기반 전송 및 데이터 임bedding을 가능하게 한다.

ABSTRACT

The chaotic systems have been found applications in diverse fields such as pseudo random number generator, coding, cryptography, spread spectrum (SS) communications etc. The inherent capability of generating a large space of PN sequences due to sensitive dependence on initial conditions has been the main reason for exploiting chaos in spread spectrum communication systems. This behaviour suggests that it is straightforward to generate a variety of initial condition induced PN sequences with nice statistical properties by quantising the output of an iterated chaotic map. In the present paper the study has been carried out for the feasibility and usefulness of chaotic sequence in SS based applications like communication and watermarking.

연구 동기 및 목표

• 로지스틱 맵에서 유도된 이산 혼돈 수열이 디지털 통신 시스템에 적용 가능한지의 타당성을 조사하는 것.
• 확산 스펙트럼(SS) 통신에 응용하기 위한 양자화된 혼돈 수열의 통계적 성질을 평가하는 것.
• 혼돈 수열이 디지털 워터마킹 응용 분야에 적합한지 평가하는 것.
• 초기 조건에 의해 유도된 수열이 우수한 무작위성 특성을 갖는 넓고 다양한 PN 수열 세트를 제공함을 보여주는 것.
• SS 기반 시스템에서 PN 수열을 생성하기 위한 저복잡도이자 하드웨어 우호적인 접근 방식을 제공하는 것.

제안 방법

• 로지스틱 맵을 수치적으로 반복하여 연속적인 혼돈 신호를 생성한다.
• 로지스틱 맵의 출력을 양자화하여 디지털 구현에 적합한 이산 혼돈 수열을 생성한다.
• 초기 조건을 다양하게 조정하여 통계적 행동이 다른 여러 개의 고유한 PN 수열을 생성한다.
• 자기상관 및 교차상관과 같은 통계적 성질을 분석하여 수열 품질을 검증한다.
• 표준 지표를 기반으로 SS 통신 및 워터마킹에서의 성능을 시뮬레이션하여 수열의 적용 가능성을 평가한다.
• 수열 분포, 무작위성 및 상관 성질의 분석과 함께 시뮬레이션을 통한 검증을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 로지스틱 맵에서 유도된 양자화된 이산 혼돈 수열이 확산 스펙트럼 통신에서 효과적인 PN 수열로 기능할 수 있는가?
• RQ2 다른 초기 조건에서 유도된 혼돈 수열이 낮은 교차상관 및 높은 자기상관 피크 대 사이드로브 비율과 같은 바람직한 통계적 성질을 갖는가?
• RQ3 초기 조건에 대한 민감성이 디지털 통신 시스템 내 PN 수열의 다양성과 보안성을 향상시키는 데 어떻게 기여하는가?
• RQ4 혼돈 수열이 디지털 워터마킹 응용 분야에서 얼마나 신뢰성 있게 사용될 수 있는가?
• RQ5 하드웨어 제약 조건이 있는 시스템에서 수열의 무작위성과 구현 복잡도 사이의 상충 관계는 어느 정도인가?

주요 결과

• 양자화된 로지스틱 맵는 PN 수열 생성에 적합한 강력한 통계적 성질을 갖는 이산 혼돈 수열을 생성한다.
• 다양한 초기 조건은 낮은 교차상관 및 높은 자기상관 피크 대 사이드로브 비율을 갖는 다수의 고유한 PN 수열을 생성한다.
• 수열은 양호한 무작위성 및 분포 특성을 보이며, 안전한 통신 및 워터마킹에 적합하다.
• 이 방법은 임베디드 시스템 및 실시간 응용에 적합한 단순하고 저복잡도의 디지털 구현을 가능하게 한다.
• 모의된 SS 통신 및 워터마킹 시나리오에서 이 접근 방식의 타당성과 강건성을 입증한다.
• 초기 조건에 대한 내재된 민감성은 높은 수열 다양성을 보장하여 암호화 및 확산 스펙트럼 응용 분야에서 보안성을 향상시킨다.