基于FPGA的混沌神经网络同步实时实现

张建勋，杨 钊，虞名海，胡卫生，义理林

(1.上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240;2.中国人民解放军66389部队，郑州 451100)

0 引 言

信息技术的飞速发展在给人们的生活带来便利的同时，也给信息安全带来了严峻挑战。自20世纪以来，混沌现象[1]和混沌同步[2]相继被发现和提出，将混沌现象应用在保密通信中成为人们日渐关注的问题[3-7]。但在已提出的混沌保密光通信方案中，接收端都需要采用与发射端参数完全一致的激光器来产生同步的混沌载波，这种同步方式结构复杂，很难在实际中得到应用。2019年，上海交通大学使用光电光混沌的加密方式，通过神经网络建模的方法获得加密信号和混沌载波之间的函数关系，进而提出了在数字域上实现混沌同步解密的方案，实验采用10 GHz带宽的混沌信号，通过训练后的神经网络实现了对20和32 Gbit/s信号的解密[8]，但只是进行了离线实验验证。到目前为止，还没有使用基于神经网络同步的方式进行实时混沌保密通信实验的报道。

本文使用电路混沌对基于神经网络的同步进行实时验证。基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)产生混沌信号对传输信号进行加密，在发射端分别获取混沌和加密信号，利用神经网络进行离线监督训练，获取网络结构参数后，基于数字信号处理(Digital Signal Processing， DSP)Builder工具箱搭建神经网络模型，并移植到FPGA中进行混沌同步，达到信号实时解密的目的。

1 实验设计

1.1 基于FPGA的混沌信号产生

连续混沌系统是由微分方程描述的非线性动力系统。……